Association mondiale de la Route World Road Association 2007 SYSTÈMES ET ÉQUIPEMENTS POUR LA MAÎTRISE DES INCENDIES ET DES FUMÉES DANS LES TUNNELS ROUTIERS SYSTEMS AND EQUIPMENT FOR FIRE AND SMOKE CONTROL IN ROAD TUNNELS Comité AIPCR de l’Exploitation des Tunnels routiers (C3.3) PIARC Committee on Road Tunnels Operation (C3.3)
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Association mondiale
de la Route
World Road Association
2007
SYSTÈMES ET ÉQUIPEMENTS POUR LA MAÎTRISE DES INCENDIES ET DES FUMÉES DANS LES TUNNELS ROUTIERS SYSTEMS AND EQUIPMENT FOR FIRE AND SMOKE CONTROL IN ROAD TUNNELS Comité AIPCR de l’Exploitation des Tunnels routiers (C3.3) PIARC Committee on Road Tunnels Operation (C3.3)
SYSTÈMES ET ÉQUIPEMENTS POUR LA MAÎTRISE DES INCENDIES ET DES FUMÉES DANS LES TUNNELS ROUTIERS
SYSTEMS AND EQUIPMENT FOR FIRE AND SMOKE CONTROL IN ROAD TUNNELS
AIPCR . 2 . 05.16.B - 2006
SOMMAIRE
PREAMBULE .......................................................................................................... 10
INTRODUCTION...................................................................................................... 14
1 PRINCIPES DE BASE DE LA PROGRESSION DES FUMEES ET DE LA CHALEUR AU DEBUT D’UN INCENDIE......................................... 22 1.1 INTRODUCTION ............................................................................................ 22 1.2 INFLUENCE DE LA VITESSE LONGITUDINALE DE L’AIR ........................................ 24 1.3 INFLUENCE DE LA PUISSANCE THERMIQUE ...................................................... 26 1.4 INFLUENCE DE LA PENTE DU TUNNEL (DECLIVITE DE LA CHAUSSEE) ................... 26 1.5 INFLUENCE DU TRAFIC .................................................................................. 26 1.6 ROLE DU SYSTEME DE VENTILATION PENDANT LA PHASE D’AUTO-EVACUATION... 28 1.7 ROLE DU SYSTEME DE VENTILATION PENDANT LA PHASE DE DECLENCHEMENT
DE L’INCENDIE.............................................................................................. 28 2 CONCEPTS DE SECURITE POUR LES INCENDIES EN TUNNEL ................. 30
2.1 INTRODUCTION ............................................................................................ 30 2.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................... 32 2.3 SECURITE INCENDIE EN TUNNEL .................................................................... 32
2.3.1 Objectifs de la sécurité incendie en tunnel.................................... 34 2.3.2 Remarques sur les accidents en tunnel ........................................ 36 2.3.3 Sécurité pendant les phases de projet, de construction,
d’exploitation et d’entretien ........................................................... 36 2.3.4 Plans d’intervention d’urgence...................................................... 46 2.3.5 Risques et analyse des risques .................................................... 46
2.4 LE CONCEPT DE SECURITE ............................................................................ 48 3 ENSEIGNEMENTS TIRES DES INCENDIES RECENTS EN TUNNEL ............ 54
3.1 INTRODUCTION ............................................................................................ 54 3.2 DESCRIPTION DES TUNNELS DU MONT-BLANC, DES TAUERN
ET DU ST. GOTHARD .................................................................................... 56 3.2.1 Géométrie ..................................................................................... 56 3.2.2 Trafic............................................................................................. 60 3.2.3 Capacités de ventilation................................................................ 60 3.2.4 Installations de sécurité dans les tunnels...................................... 64 3.2.5 Exploitation des tunnels ................................................................ 66
3.3 LES INCENDIES ET LEUR GESTION .................................................................. 70 3.3.1 Conditions de trafic avant et après les alertes d’incendie ............. 70 3.3.2 Les incendies................................................................................ 72 3.3.3 Gestion de l’incendie par les exploitants....................................... 74 3.3.4 Première intervention des équipes de secours ............................. 78 3.3.5 Environnement interne des tunnels pendant les incendies ........... 80 3.3.6 Comportement des usagers.......................................................... 82 3.3.7 Conséquences des catastrophes.................................................. 86
ISBN : 2-84060-175-3
PIARC . 3 . 05.16.B - 2006
CONTENTS
FOREWORD .............................................................................................................11
INTRODUCTION .......................................................................................................15
1 BASIC PRINCIPLES OF SMOKE AND HEAT PROGRESS AT THE BEGINNING OF A FIRE .......................................................................23 1.1 INTRODUCTION..............................................................................................23 1.2 INFLUENCE OF LONGITUDINAL AIR VELOCITY ...................................................25 1.3 INFLUENCE OF THE FIRE HEAT RELEASE RATE ................................................27 1.4 INFLUENCE OF THE TUNNEL SLOPE (ROADWAY GRADE) ...................................27 1.5 INFLUENCE OF THE TRAFFIC ...........................................................................27 1.6 ROLE OF THE VENTILATION SYSTEM DURING THE SELF-EVACUATION PHASE......29 1.7 ROLE OF THE VENTILATION SYSTEM DURING THE FIRE-FIGHTING PHASE ...........29
2 SAFETY CONCEPTS FOR TUNNEL FIRES......................................................31 2.1 INTRODUCTION..............................................................................................31 2.2 PREVIOUS WORK BY PIARC..........................................................................33 2.3 TUNNEL FIRE SAFETY....................................................................................33
2.3.1 Aims of Tunnel Fire Safety.............................................................35 2.3.2 Remarks on Tunnel Accidents .......................................................37 2.3.3 Safety during Design, Construction, Operation
and Maintenance Phases...............................................................37 2.3.4 Emergency Planning ......................................................................47 2.3.5 Risk and Risk Analysis...................................................................47
2.4 THE SAFETY CONCEPT ..................................................................................49
3 LESSONS LEARNED FROM RECENT TUNNEL FIRES...................................55 3.1 INTRODUCTION..............................................................................................55 3.2 DESCRIPTION OF THE MONT BLANC, TAUERN AND ST. GOTTHARD TUNNELS ......57
3.2.1 Geometry .......................................................................................57 3.2.2 Traffic .............................................................................................61 3.2.3 Ventilation Capacities.....................................................................61 3.2.4 Safety Facilities in the Tunnels.......................................................65 3.2.5 Tunnel Operation ...........................................................................67
3.3 THE FIRES AND THEIR MANAGEMENT..............................................................71 3.3.1 Traffic Conditions Before and After the Fire Alarms .......................71 3.3.2 The Fires........................................................................................73 3.3.3 Fire Management by the Operators ...............................................75 3.3.4 First Response by Rescue Teams .................................................79 3.3.5 Environment in the Tunnels during the Fires..................................81 3.3.6 Users’ Behaviour............................................................................83 3.3.7 Results of the Catastrophes...........................................................87
AIPCR . 4 . 05.16.B - 2006
3.4 PREMIERS ENSEIGNEMENTS TIRES DE CES INCENDIES ..................................... 86 3.5 CONCLUSIONS ............................................................................................. 94
4 VENTILATION ................................................................................................... 96 4.1 INTRODUCTION ............................................................................................ 96 4.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................... 96 4.3 VENTILATION TRANSVERSALE........................................................................ 96
4.3.1 Objectifs........................................................................................ 96 4.3.2 Règles de dimensionnement ........................................................ 98 4.3.3 Exigences pour la stratification des fumées................................ 100 4.3.4 Spécifications concernant les équipements ................................ 104
4.4 VENTILATION LONGITUDINALE...................................................................... 106 4.4.1 Introduction ................................................................................. 106 4.4.2 Impact sonore des accélérateurs dans un tunnel ....................... 106
4.5 ESSAIS...................................................................................................... 108
5 ISSUES DE SECOURS ................................................................................... 110 5.1 INTRODUCTION .......................................................................................... 110 5.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................. 110 5.3 DIMENSIONNEMENT DE L’ITINERAIRE D’EVACUATION ...................................... 112
5.3.1 Types de confinement................................................................. 114 5.3.2 Puissance et développement de l’incendie ................................. 114 5.3.3 Comportement humain ............................................................... 122 5.3.4 Ventilation ................................................................................... 124 5.3.5 Pente de la chaussée (déclivité) ................................................. 130 5.3.6 Contrôles en tunnel..................................................................... 132
5.4 EVACUATION DE SECOURS .......................................................................... 132 5.4.1 Issues de secours....................................................................... 132 5.4.2 Itinéraires d’évacuation............................................................... 134 5.4.3 Abris............................................................................................ 136 5.4.4 Accès des services de secours................................................... 136
5.5 ALARME ET GUIDAGE .................................................................................. 140 5.6 ENQUETE SUR L’EVACUATION DE SECOURS .................................................. 140
6 ÉQUIPEMENTS SPECIFIQUES POUR LES INCENDIES .............................. 142 6.1 INTRODUCTION .......................................................................................... 142 6.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................. 142 6.3 DETECTION DES INCENDIES......................................................................... 150
6.3.1 But des détecteurs d’incendie..................................................... 150 6.3.2 Paramètres des détecteurs d’incendie........................................ 152 6.3.3 Méthodes utilisées actuellement................................................. 160 6.3.4 Résultats d’essais ....................................................................... 172
6.4 SYSTEMES AUTOMATIQUES DE LUTTE CONTRE LE FEU ................................... 174 6.4.1 Expérience internationale actuelle .............................................. 174 6.4.2 Méthodes en cours de développement ....................................... 182
6.5 CONCLUSIONS ........................................................................................... 188
PIARC . 5 . 05.16.B - 2006
3.4 PRIMARY LESSONS LEARNED FROM THESE FIRES............................................87 3.5 CONCLUSIONS ..............................................................................................95
4 VENTILATION ....................................................................................................97 4.1 INTRODUCTION..............................................................................................97 4.2 PREVIOUS WORK BY PIARC..........................................................................97 4.3 TRANSVERSE VENTILATION ............................................................................97
4.3.1 Objectives ......................................................................................97 4.3.2 Dimensioning Rules .......................................................................99 4.3.3 Requirements for smoke stratification ..........................................101 4.3.4 Equipment Specifications.............................................................105
4.4 LONGITUDINAL VENTILATION.........................................................................107 4.4.1 Introduction ..................................................................................107 4.4.2 Sound Impact of Jet Fans in a Tunnel..........................................107
4.5 TESTS ........................................................................................................109
5 EMERGENCY EXITS........................................................................................111 5.1 INTRODUCTION............................................................................................111 5.2 PREVIOUS WORK BY PIARC .......................................................................111 5.3 ESCAPE ROUTE DESIGN ..............................................................................113
5.3.1 Types of Enclosures.....................................................................115 5.3.2 Fire Size and Development ..........................................................115 5.3.3 Human Behaviour ........................................................................123 5.3.4 Ventilation ....................................................................................125 5.3.5 Slope of the Road Surface (Grade)..............................................131 5.3.6 Tunnel Controls............................................................................133
5.4 EMERGENCY EGRESS..................................................................................133 5.4.1 Emergency Exits ..........................................................................133 5.4.2 Escape Routes.............................................................................135 5.4.3 Shelters........................................................................................137 5.4.4 Access for Rescue Personnel ......................................................137
5.5 WARNING AND GUIDING ...............................................................................141 5.6 ENQUIRY PROVISIONS FOR EMERGENCY EGRESS ..........................................141
6 FIRE SPECIFIC EQUIPMENT ..........................................................................143 6.1 INTRODUCTION............................................................................................143 6.2 PREVIOUS WORK BY PIARC........................................................................143 6.3 FIRE DETECTION .........................................................................................151
6.3.1 Purpose of Fire Detectors ............................................................151 6.3.2 Fire Detector Parameters.............................................................153 6.3.3 Currently Used Methods ..............................................................161 6.3.4 Test Results .................................................................................173
6.4 AUTOMATIC FIRE SUPPRESSION ...................................................................175 6.4.1 Current International Experience..................................................175 6.4.2 Methods Under Development.......................................................183
6.5 CONCLUSIONS ............................................................................................189
AIPCR . 6 . 05.16.B - 2006
7 CRITERES DE CONCEPTION POUR LA RESISTANCE AU FEU DES STRUCTURES ........................................................................................ 190 7.1 INTRODUCTION .......................................................................................... 190 7.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................. 192 7.3 CONTEXTE ................................................................................................ 194 7.4 CRITERES DE CONCEPTION ......................................................................... 196
7.4.1 Courbes température-temps ....................................................... 196 7.4.2 Recommandations...................................................................... 198
7.5 ACTIVITES FUTURES ................................................................................... 202 7.5.1 Introduction des courbes d’incendie en tunnel dans les normes. 202 7.5.2 Ingénierie de la sécurité incendie ............................................... 202
8 RESPONSABILITES OPERATIONNELLES EN CAS D’URGENCE .............. 204 8.1 INTRODUCTION .......................................................................................... 204 8.2 TRAVAUX ANTERIEURS DE L’AIPCR............................................................. 204 8.3 MISE EN ŒUVRE DES SYSTEMES DE MAITRISE DES FUMEES............................ 206 8.4 ACTION DES SERVICES D’INTERVENTION....................................................... 210
8.4.1 Introduction ................................................................................. 210 8.4.2 Communications ......................................................................... 210
8.5 PLAN – FORMATION – EXERCICE ................................................................. 214 8.5.1 Scénarios et procédures d’exploitation ....................................... 214 8.5.2 Plan d’intervention d’urgence...................................................... 214 8.5.3 Formation.................................................................................... 216
8.6 ENTRETIEN PREVENTIF, INSPECTIONS ET ESSAIS........................................... 216 8.6.1 Introduction ................................................................................. 216 8.6.2 Equipements et systèmes de contrôle ........................................ 218 8.6.3 Archivage exhaustif .................................................................... 220 8.6.4 Coûts et budgets d’entretien ....................................................... 220
8.7 ESSAIS DU SYSTEME DE VENTILATION .......................................................... 220 8.7.1 Organisation générale de la structure de contrôle ...................... 222 8.7.2 Données de base et suivi des données ...................................... 222 8.7.3 Essais du système de ventilation................................................ 226
9 L’AVENIR ........................................................................................................ 230
10 REFERENCES................................................................................................. 234
11 BIBLIOGRAPHIE............................................................................................. 242
PIARC . 7 . 05.16.B - 2006
7 DESIGN CRITERIA FOR STRUCTURE RESISTANCE TO FIRE....................191 7.1 INTRODUCTION............................................................................................191 7.2 PREVIOUS WORK BY PIARC........................................................................193 7.3 BACKGROUND.............................................................................................195 7.4 DESIGN CRITERIA........................................................................................197
7.4.1 Time-Temperature Curves ...........................................................197 7.4.2 Guidelines ....................................................................................199
7.5 FUTURE ACTIVITIES .....................................................................................203 7.5.1 Introduction of Tunnel Fire Curves into Standards .......................203 7.5.2 Fire Safety Engineering................................................................203
8 OPERATIONAL RESPONSIBILITIES FOR EMERGENCIES .........................205 8.1 INTRODUCTION............................................................................................205 8.2 PREVIOUS WORK BY PIARC........................................................................205 8.3 OPERATION OF SMOKE CONTROL SYSTEMS ..................................................207 8.4 EMERGENCY SERVICE INTERVENTION ...........................................................211
8.4.1 Introduction ..................................................................................211 8.4.2 Communications ..........................................................................211
8.5 PLAN – TRAINING – EXERCISE......................................................................215 8.5.1 Operating Scenarios and Procedures ..........................................215 8.5.2 Emergency Response Plan..........................................................215 8.5.3 Training ........................................................................................217
8.6 PREVENTIVE MAINTENANCE, INSPECTION AND TESTING..................................217 8.6.1 Introduction ..................................................................................217 8.6.2 Equipment and Controls...............................................................219 8.6.3 Comprehensive Record Keeping .................................................221 8.6.4 Maintenance Costs and Budgets .................................................221
8.7 VENTILATION SYSTEM TESTS .......................................................................221 8.7.1 General Organisation of the Control Structure .............................223 8.7.2 Basic Data and Data Monitoring...................................................223 8.7.3 Ventilation System Tests..............................................................227
9 THE FUTURE ...................................................................................................231
10 REFERENCES..................................................................................................235
11 BIBLIOGRAPHY...............................................................................................243
AIPCR . 8 . 05.16.B - 2006
12 ANNEXES........................................................................................................ 246 12.1 STATISTIQUES NORVEGIENNES D’INCIDENTS ET D’ACCIDENTS......................... 246 12.2 LA RENOVATION DU TUNNEL DU MONT-BLANC .............................................. 250
12.2.1 Introduction ................................................................................. 250 12.2.2 Rénovation.................................................................................. 252 12.2.3 Dimensionnement ....................................................................... 252 12.2.4 Fonctionnement automatique ..................................................... 254 12.2.5 Essais d’incendie en grandeur réelle .......................................... 254
12.3 DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE VENTILATION LONGITUDINALE....... 258 12.3.1 Introduction ................................................................................. 258 12.3.2 Equations.................................................................................... 258 12.3.3 Exemple...................................................................................... 282
12.4 TRAPPES D’EXTRACTION DES FUMEES.......................................................... 286 12.4.1 Introduction ................................................................................. 286 12.4.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR ................................................... 288 12.4.3 Objectifs des trappes d’extraction des fumées ........................... 288 12.4.4 Caractéristiques de fonctionnement ........................................... 292 12.4.5 Spécifications.............................................................................. 306 12.4.6 Fonctionnement .......................................................................... 310 12.4.7 Essais ......................................................................................... 316 12.4.8 Exemples concrets ..................................................................... 318
12.5 RESULTATS DE L’ENQUETE – DISPOSITIONS D’URGENCE POUR LES OUVRAGES ROUTIERS CONFINES .................................................. 322
12.6 IMPACT SONORE DES ACCELERATEURS ........................................................ 340
PIARC . 9 . 05.16.B - 2006
12 APPENDICES...................................................................................................247 12.1 NORWEGIAN INCIDENT AND ACCIDENT STATISTICS.........................................247 12.2 THE MONT BLANC TUNNEL RENOVATION.......................................................251
12.2.1 Introduction ..................................................................................251 12.2.2 Renovation...................................................................................253 12.2.3 Dimensioning ...............................................................................253 12.2.4 Automatic Operation ....................................................................255 12.2.5 Full-Scale Fire Tests ....................................................................255
12.3 JET FAN CALCULATION PROCEDURE.............................................................259 12.3.1 Introduction ..................................................................................259 12.3.2 Equations .....................................................................................259 12.3.3 Example .......................................................................................283
12.4 SMOKE DAMPERS........................................................................................287 12.4.1 Introduction ..................................................................................287 12.4.2 Previous Work by PIARC .............................................................289 12.4.3 Smoke Damper Objectives ..........................................................289 12.4.4 Functional Characteristics............................................................293 12.4.5 Specifications ...............................................................................307 12.4.6 Operation .....................................................................................311 12.4.7 Tests ............................................................................................317 12.4.8 Case Histories..............................................................................319
12.5 ENQUIRY RESULTS – EMERGENCY PROVISIONS FOR ENCLOSED ROAD STRUCTURES.............................................................323
12.6 SOUND IMPACT OF JET-FANS ........................................................................341
AIPCR . 10 . 05.16.B - 2006
PREAMBULE Le présent rapport complète le rapport AIPCR antérieur « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » publié en 1999 et ré-imprimé en 2004 [2]. Il approfondit un certain nombre d’aspects et donne des informations supplémentaires. Il a été préparé sous les auspices et avec l’approbation du Comité technique AIPCR de l’Exploitation des tunnels routiers. L’essentiel de la rédaction a été effectué pendant le cycle AIPCR 1999-2003 par le précédent Groupe de travail n° 6 dédié à la « Maîtrise des incendies et des fumées », en collaboration, pour ce qui concerne les systèmes de ventilation, les équipements et l’exploitation traités dans les chapitres 4 et 8, avec le Groupe de travail n° 2 alors dédié aux « Emissions, pollution et ventilation ». Du fait que les exposés et conclusions des experts techniques membres de ces deux groupes ont été développés et obtenus dans la période de 1999 à 2003, ce rapport représente la technologie de cette période. La collaboration entre le Groupe de travail 6 et le Groupe de travail 2 est répartie de la façon suivante en ce qui concerne les responsabilités techniques pour cette publication : 1. Principes de base de la progression des fumées
et de la chaleur au début d’un incendie Groupe de travail 6
2. Concepts de sécurité pour les incendies en tunnel Groupe de travail 6 3. Enseignements tirés des incendies récents en tunnel Groupe de travail 6 4. Ventilation Travail en coopération 5. Issues de secours Groupe de travail 6 6. Equipements spécifiques pour les incendies Groupe de travail 6 7. Critères de conception
pour la résistance au feu des ouvrages Groupe de travail 6
8. Responsabilités opérationnelles en cas d’urgence Travail en coopération Les membres de ces groupes de travail étaient les suivants : Groupe de travail n°6 « Maîtrise des incendies et des fumées » Animateur : Art BENDELIUS (Etats-Unis) Chapitre 8 Secrétaire : Norman RHODES (Royaume-Uni) Chapitres 1, 8 Membres : Alberto ABELLA (Espagne) Martin ALLEMANN (Suisse) Chapitre 3 Roberto ARDITI (Italie) Chapitre 2 Neils BADEN (Danemark) Carlo BARBETTA (Italie) Harald BUVIK (Norvège) Chapitre 2 Benjamin CELADA (Espagne) Eric CASALÉ (France) Chapitres 1, 3, 6 Anthony CASERTA (Etats-Unis) Arnold DIX (Australie) Chapitre 8 Kell Inge DAVIK (Norvège) Chapitre 2 Samuel ESTEFANIA (Espagne)
PIARC . 11 . 05.16.B - 2006
FOREWORD This report complements the previous PIARC report “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” published in 1999 and re-printed in 2004 [2]. It goes more in depth for a number of aspects and gives additional information. It has been prepared under the auspices and with the approval of the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation. Most of the work was performed during the 1999-2003 PIARC cycle by the former Working Group No. 6 devoted to "Fire and Smoke Control" with joint collaborative input in the areas of ventilation systems, equipment and system operation in Sections 4 and 8 from Working Group No. 2 then devoted to "Emissions, Pollution and Ventilation". As most findings and conclusions reached by the technical expert members of both working groups were made and developed in the period between 1999 and 2003, this report represents the technology of that period. The joint collaborative work of Working Group 6 and Working Group 2 resulted in the following list of technical section responsibilities for this publication: 1. Basic Principles of Smoke
and Heat Progress at the Beginning of a Fire Working Group 6
2. Safety Concepts for Tunnel Fires Working Group 6 3. Lessons Learned from Recent Tunnel Fires Working Group 6 4. Ventilation Collaborative Effort 5. Emergency Exits Working Group 6 6. Fire Specific Equipment Working Group 6 7. Design Criteria for Structure Resistance to Fire
Working Group 6
8. Operational Responsibilities for Emergencies Collaborative Effort These working groups included the following members: Working Group No. 6 “Fire and Smoke Control”: Animateur: Art BENDELIUS (United States) Section 8 Secretary: Norman RHODES (United Kingdom) Sections 1, 8 Members: Alberto ABELLA (Spain) Martin ALLEMANN (Switzerland) Section 3 Roberto ARDITI (Italy) Section 2 Neils BADEN (Denmark) Carlo BARBETTA (Italy) Harald BUVIK (Norway) Section 2 Benjamin CELADA (Spain) Eric CASALÉ (France) Sections 1, 3, 6 Anthony CASERTA (United States) Arnold DIX (Australia) Section 8 Kell Inge DAVIK (Norway) Section 2 Samuel ESTEFANIA (Spain)
AIPCR . 12 . 05.16.B - 2006
Werner FOIT (Allemagne) Bernt FREIHOLTZ (Suède) Chapitres 3, 7 Guilo GECCHELE (Italie) Alfred HAACK (Allemagne) Chapitres 2, 6, 7 Fernando HACAR (Espagne) Rudolf HÖRHAN (Autriche) Chapitre 3 Marko JÄRVINEN (Finlande) Chapitre 8 Didier LACROIX (France) Hans HUIJBEN (Pays-Bas) Chapitre 5 Bernardo MAGRI (Italie) Hideto MASHIMO (Japon) Karl PUCHER (Autriche) Chapitres 2, 3 Ingo RIESS (Suisse) Peter STURM (Autriche) Chapitres 2, 3 Dieter TETZNER (Allemagne) Andrea TUMBIOLO (Italie) Anne VOELTZEL (France) Chapitres 1, 3, 8
Le membre suivant a rejoint le groupe de travail au cours de la phase de finalisation :
Harald BUVIK (Norvège) en remplacement de Kell Inge DAVIK (Norvège)
Groupe de travail « Emissions, Pollution et Ventilation » : Animateur : Yves DARPAS (France) Chapitres 4, 8 Secrétaire : Bill GRAY (Royaume-Uni) Membres : Enrique ALARCON (Espagne) Chapitres 4, 8 Roberto ARDITI (Italie) Carlo BARBETTA (Italie) Herve BIOLLAY (France) Vincente GARRASCO ARIAS (Espagne) Arnold DIX (Australie) Chapitre 8 Vincenzo FERRO (Italie) Bernt FREIHOLTZ (Suède) Salvatore GUIA (Italie) Jan Erik HENNING (Norvège) Hans HUIJBEN (Pays-Bas) Chapitre 4 Katsuhiko IWAI (Japon) Eddy JACQUES (Belgique) Chapitres 4, 8 Alain JEANNERET (Suisse) Chapitres 4, 8 Gary KILE (Etats-Unis) Chapitre 8 Rafael LOPEZ GUARGA (Espagne) Claude MORET (France) Chapitres 4, 8 Ignacio del REY (Espagne) Johannes RODLER (Autriche) Peter STURM (Autriche) Dieter TETZNER (Allemagne) Jiri ZAPARKA (République tchèque) Franz ZUMSTEG (Suisse)
Chaque section a été rédigée par le(s) rapporteur(s) mentionné(s) précédemment, utilisant les informations provenant de son pays, de la littérature spécialisée et des autres membres du groupe de travail. Les projets ont été revus au cours des réunions successives du groupe et harmonisés par un comité de rédaction composé de Norman Rhodes (Royaume-Uni) et de Art Bendelius (Etats-Unis).
PIARC . 13 . 05.16.B - 2006
Werner FOIT (Germany) Bernt FREIHOLTZ (Sweden) Sections 3, 7 Guilo GECCHELE (Italy) Alfred HAACK (Germany) Sections 2, 6, 7 Fernando HACAR (Spain) Rudolf HÖRHAN (Austria) Section 3 Marko JÄRVINEN (Finland) Section 8 Didier LACROIX (France) Hans HUIJBEN (The Netherlands) Section 5 Bernardo MAGRI (Italy) Hideto MASHIMO (Japan) Karl PUCHER (Austria) Sections 2, 3 Ingo RIESS (Switzerland) Peter STURM (Austria) Sections 2, 3 Dieter TETZNER (Germany) Andrea TUMBIOLO (Italy) Anne VOELTZEL (France) Sections 1, 3, 8
During the finalisation phase of this report the working group was complemented with the following new member:
Harald BUVIK (Norway) replacing Kell Inge DAVIK (Norway)
Working Group No. 2 “Emissions, Pollution and Ventilation”: Animateur: Yves DARPAS (France) Sections 4, 8 Secretary: Bill GRAY (United Kingdom) Members: Enrique ALARCON (Spain) Sections 4, 8 Roberto ARDITI (Italy) Carlo BARBETTA (Italy) Hervé BIOLLAY (France) Vincente GARRASCO ARIAS (Spain) Arnold DIX (Australia) Section 8 Vincenzo FERRO (Italy) Bernt FREIHOLTZ (Sweden) Salvatore GUIA (Italy) Jan Erik HENNING (Norway) Hans HUIJBEN (The Netherlands) Section 4 Katsuhiko IWAI (Japan) Eddy JACQUES (Belgium) Sections 4, 8 Alain JEANNERET (Switzerland) Sections 4, 8 Gary KILE (United States) Section 8 Rafael LOPEZ GUARGA (Spain) Claude MORET (France) Sections 4, 8 Ignacio del REY (Spain) Johannes RODLER (Austria) Peter STURM (Austria) Dieter TETZNER (Germany) Jiri ZAPARKA (Czech Republic) Franz ZUMSTEG (Switzerland)
Each section was drafted by the aforementioned rapporteur(s) using information from his/her country, literature and the other members of the working group. The drafts have been reviewed at the successive group meetings then put together and harmonized by an Editorial Board consisting of Norman Rhodes (United Kingdom) and Art Bendelius (United States).
AIPCR . 14 . 05.16.B - 2006
INTRODUCTION Des tunnels en nombre croissant ont été construits ou sont en cours de construction pour ménager des routes d’accès dans des zones montagneuses, traverser des cours d’eau, ou faire face à des contraintes environnementales, principalement en zone urbaine. Les incendies importants qui se sont produits dans des tunnels au cours des dernières années (tunnels du Mont-Blanc, des Tauern et du Gothard) ont fortement renforcé l’intérêt porté à la sécurité dans les tunnels routiers. Parmi les risques possibles, les incendies de véhicules sont particulièrement préoccupants en raison de leurs conséquences qui peuvent être beaucoup plus importantes en souterrain qu’à l’air libre si des mesures appropriées ne sont pas prises pour les réduire. La diminution croissante des émissions de polluants des véhicules routiers est telle que les équipements actuels de ventilation sont, dans la plupart des cas, déterminés par des considérations de maîtrise des incendies et des fumées. Les décisions relatives à la sécurité incendie prises lors de la programmation et de la conception sont extrêmement critiques. Depuis sa création en 1957, le Comité AIPCR des Tunnels routiers (aujourd’hui Comité technique AIPCR de l’Exploitation des Tunnels routiers) s’est impliqué dans l’examen de la sécurité, des systèmes de ventilation et des équipements permettant la maîtrise des incendies et des fumées. Des données ou recommandations dans ces domaines apparaissent dans la plupart des rapports publiés par le Comité à l’occasion des Congrès mondiaux de la Route, à savoir Rio (1959), Tokyo (1967), Vienne (1979), Sydney (1983), Bruxelles (1987) et Marrakech (1991). Jusqu’au Congrès de Marrakech, ces thèmes ont été examinés, entre autres matières, par différents groupes de travail appartenant au Comité technique, en particulier ceux consacrés à l’Exploitation–Entretien-Gestion et à la Pollution–Environnement-Ventilation. En 1992 le Comité des tunnels routiers a décidé que la prééminence de ce sujet justifiait la création d’un groupe de travail spécifique consacré à la Maîtrise des incendies et fumées (Groupe de travail n° 6). Depuis sa création, le Groupe de travail n° 6 a pris part aux rapports établis à l’occasion des Congrès mondiaux de la Route de Montréal (1995) et Kuala Lumpur (1999). Ce groupe de travail se réunit deux fois par an depuis sa création en 1992. Les deux premières réunions se sont tenues sur les lieux de deux programmes de recherche importants en cours à l’époque : les installations d’essai du projet EUREKA 'FIRETUN' en octobre 1992 en Norvège et le site du Programme d’Essai de Ventilation d’Incendie du Memorial Tunnel en juin 1993 aux Etats-Unis. Depuis lors, le groupe de travail s’est réuni en Autriche, en Finlande, en France, en Allemagne, en Italie, aux Pays-Bas, en Espagne, en Suède, en Suisse et au Royaume-Uni.
PIARC . 15 . 05.16.B - 2006
INTRODUCTION More and more road tunnels have been or are being built to provide access routes through mountainous areas, to cross waterways, or to avoid environmental difficulties, mainly in urban areas. As a consequence of the significant tunnel fires that have occurred in the past few years (Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels), global interest in road tunnel safety has intensified. Among the possible risks, vehicle fires give rise to concern because their consequences might be far larger underground than in the open, if no appropriate mitigation measures are taken. The continuous decrease in road vehicle pollutant emissions is such that today's ventilation equipment is, in most circumstances, determined by fire and smoke control considerations. Thus, the planning and design decisions regarding fire emergencies are extremely critical. Since its creation in 1957, the PIARC Committee on Road Tunnels (now PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation – C3.3) has been engaged in the consideration of safety, ventilation systems and equipment related to fire and smoke control. Data or recommendations in these fields appear in most reports the Committee has produced for the World Road Congresses, namely Rio (1959), Tokyo (1967), Vienna (1979), Sydney (1983), Brussels (1987) and Marrakech (1991). Until the Marrakech Congress these topics have been examined, among other matters, by various working groups within the technical committee, especially those devoted to Operation-Maintenance-Management and to Pollution-Environment-Ventilation. In 1992 the Committee on Road Tunnels decided that the prominence of this subject justified the creation of a specific working group devoted to Fire and Smoke Control (Working Group No. 6). Since its inception, Working Group 6 has participated in the Congress Reports for the World Road Congresses in Montreal (1995) and Kuala Lumpur (1999). This working group has met twice a year since its formation in 1992. The first two meetings were held at the scene of the two major research programmes underway at that time; the EUREKA 'FIRETUN' test facility in October 1992 in Norway and the Memorial Tunnel Fire Ventilation Test Programme test site in June 1993 in the United States. The working group meetings since then have been held in Austria, Finland, France, Germany, Italy, The Netherlands, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom.
AIPCR . 16 . 05.16.B - 2006
Au cours de ses réunions initiales, le groupe de travail a jugé nécessaire de dresser une synthèse établissant un état des connaissances sur les différents sujets liés aux incendies en tunnel routier. Les résultats de nombreuses recherches, expériences, réflexions et même des documents réglementaires ont été publiés au niveau mondial, mais il manquait une synthèse. Les premiers résultats ont été publiés dans le rapport préparé par le Comité des Tunnels routiers pour le XXe Congrès mondial de la Route à Montréal en 1995. [1] Le rapport AIPCR intitulé « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2] a présenté l’état des connaissances préparé par le groupe de travail. Il était destiné à tous ceux qui étaient intéressés par la conception des tunnels routiers, leur construction, leur exploitation ou leur sécurité : Maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre, bureaux d’études, exploitants, chercheurs, juristes, pompiers, etc. Il donne une présentation générale et des recommandations, fournit une base pour la mise en place de systèmes raisonnablement efficaces et économiques pour la protection contre l’incendie et les fumées dans les tunnels routiers. Il présente également des références utiles pour se procurer des informations supplémentaires. Afin de faire progresser tous les aspects de la résistance au feu des tunnels, le Comité AIPCR des Tunnels routiers a mis en place une coopération avec l’Association internationale des Travaux en Souterrain (AITES). Le Groupe de Travail 6 de l’AIPCR a défini et présenté plus spécifiquement les incendies de dimensionnement et les objectifs de résistance, alors que le Groupe de Travail 6 de l’AITES sur l’« Entretien et Réparation des Ouvrages Souterrains » a examiné et fourni des informations sur les méthodes et les matériaux de construction permettant de répondre à ces objectifs. Un facteur de risque très important lorsqu’il s’agit de sécurité contre l’incendie en tunnel est l’autorisation ou l’interdiction des véhicules transportant des marchandises dangereuses. Les critères permettant de décider si ce type de transport doit être autorisé ne sont pas examinés dans le présent rapport. Le comité AIPCR des tunnels routiers dispose d’un autre groupe de travail qui étudie ce sujet. Un projet de recherche commun sur le Transport des Marchandises Dangereuses dans les Tunnels Routiers a été mené avec l’Organisation de Coopération et de Développement Economiques (OCDE). Les résultats de ces travaux ont été publiés récemment, conjointement par l’OCDE et l’AIPCR. [3] A l’époque de la rédaction de ce document, l’Union Européenne avait entrepris des réseaux thématiques et des projets tels que FIT et UPTUN, afin de continuer à développer les connaissances et la meilleure pratique en matière de sécurité dans les tunnels.
PIARC . 17 . 05.16.B - 2006
During its initial meetings the working group deemed it necessary to draw up a “state-of-the-art” summary of the main subjects connected to fires in road tunnels. The results of much research, experiences, reflections and even regulatory documents had been published worldwide, but a synthesis was lacking. Early results were published in the report prepared by the Committee on Road Tunnels for the XXth World Road Congress in Montreal in 1995. [1] The PIARC report entitled "Fire and Smoke Control in Road Tunnels" [2] provided the “state-of-the-art” assessment prepared by the working group. It was intended for all those who are interested in road tunnel planning, design, construction, operation or safety: owners, consultants, operators, researchers, regulators, fire brigades, etc. It provides an overview and recommendations, as well as the background for providing reasonably efficient and cost-effective systems to protect against fire and smoke in road tunnels. It also provides references that are useful for obtaining further details. In order to advance all aspects of tunnel structures resistance to fire, the PIARC Committee on Road Tunnels established a cooperative venture with the International Tunneling Association (ITA). PIARC Working Group 6 determined and presented the design fires and resistance objectives more specifically, while ITA Working Group 6 on "Maintenance and Repair of Underground Structures" examined and documented the construction methods and materials to meet these objectives. A very important risk factor when dealing with fire safety in tunnels is whether or not to allow vehicles transporting dangerous goods. The criteria to decide when such transport should be allowed are not examined in this report. The PIARC committee on Road Tunnels has another working group which deals with this issue. A joint research project on Transport of Dangerous Goods Through Road Tunnels was carried out with the Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD). The results of these works have been published jointly by OECD and PIARC. [3] The European Union had, at the time of the development of this publication, undertaken thematic networks and research projects like FIT and UPTUN to further develop knowledge and best practice in tunnel safety.
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FIT (Fires in Tunnels) était un réseau thématique qui s’est achevé au début de 2005 et dont le but était de diffuser les résultats des études et des recherches par :
• la mise au point de bases de données consultables en ligne fournissant des informations essentielles sur les incendies en tunnel
• l’établissement de recommandations sur les incendies de dimensionnement en tunnel
• l’établissement de recommandations pour une conception sûre en cas d’incendie, basée sur les réglementations nationales, les directives, les codes de pratique et les exigences de sécurité existantes
• la définition des meilleures pratiques de prévention et de formation, de gestion des accidents et des opérations de secours en cas d’incendie.
UPTUN (Cost-effective, Sustainable and Innovative Upgrading Methods for Fire Safety in Existing Tunnels) s’est achevé en 2006 et avait pour objectif de développer des technologies innovantes dans les domaines de la détection et du suivi, des mesures de réduction, de l’impact sur les réactions humaines et de la protection contre les dommages structurels. Il comportait également la démonstration et la promotion de procédures permettant d’évaluer le niveau de sécurité – ce domaine donnant lieu à une procédure d’évaluation basée sur les risques et à un modèle de remise à niveau. Le présent rapport se compose de huit (8) chapitres techniques clés, qui ont été rédigés par les membres des Groupes de travail, de façon bien entendu coordonnée. Chaque chapitre commence par une introduction qui identifie les objectifs et renvoie éventuellement à des travaux publiés précédemment par l’AIPCR. Le présent rapport doit être considéré comme complémentaire au rapport de 1999 [2] puisqu’il complète les informations qui y sont données. En fonction des circonstances, les chapitres de ce document peuvent décrire des phénomènes physiques ou présenter de nouveaux résultats de recherche. Lorsque cela est possible, des recommandations sont dégagées ; dans d’autres cas, il est fait référence à la pratique courante dans quelques pays. Les chapitres techniques les plus importants sont le chapitre 1, qui présente une introduction aux effets de la propagation des fumées au début d’un incendie dans un tunnel routier ; le chapitre 2, pour sa part, développe certains concepts bien établis de sécurité pour les tunnels routiers. Le chapitre 3 traite des incendies récents en tunnel et présente un certain nombre d’enseignements à tirer de ces événements dramatiques. La ventilation de tout tunnel routier est un élément critique des systèmes de sécurité pendant le déroulement d’un incendie, et le chapitre 4 présente plusieurs aspects clés du système de ventilation. Cela concerne aussi bien la ventilation transversale que la ventilation longitudinale, ainsi que certains des équipements nécessaires pour le bon fonctionnement du système de ventilation. La question des issues de secours pour l’évacuation des personnes et l’accès des secours est traitée en détail dans le chapitre 5, alors que les toutes dernières avancées technologiques en matière de détection et d’extinction automatique des incendies sont couvertes dans le chapitre 6.
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FIT (Fire in Tunnels), which was completed at the beginning of 2005, was a Thematic Network intended to provide for the dissemination of research and design results by:
• the establishment of consultable databases with essential information on fires in tunnels;
• providing recommendations on design fires in tunnels;
• providing recommendations for fire safe design, based upon existing national regulations, guidelines, codes of practice and safety requirements;
• the definition of best practices on the prevention and training, accident management and fire emergency operations.
UPTUN (Cost-effective, Sustainable and Innovative Upgrading Methods for Fire Safety in Existing Tunnels), which was completed in 2006, had the objective of developing innovative technologies in the areas of detection and monitoring, mitigation measures, influencing human response and protection against structural damage. It also included a demonstration and promotion of procedures for safety level evaluation - this area of the work produced a risk-based evaluation and upgrading procedure. This report is comprised of eight (8) key technical sections, which have been drafted by members of the Working Groups but of course are interdependent. Each section begins with an introduction that identifies the objectives and if appropriate, addresses earlier work performed by PIARC. This report should be considered as a companion to the 1999 report [2] as it complements the material contained therein. Depending on the circumstances, the sections in this document may describe physical phenomena or present new research results. Whenever possible, recommendations are drawn; in other cases reference is made to current practice in a few countries. The key technical sections include Section 1, which presents an introduction to the effects of smoke propagation at the beginning of a road tunnel fire, while Section 2 develops some sound safety concepts for the road tunnel. In Section 3 the most severe of the recent tunnel fires are examined and a set of lessons to be learned from these unfortunate incidents are included. The ventilation of any road tunnel is a critical element of the fire-life safety systems and several key aspects of the ventilation system are covered in Section 4. This includes aspects of both transverse and longitudinal ventilation along with some of the equipment required for the ventilation system to function properly. The issue of emergency exits for evacuation and rescue is thoroughly addressed in Section 5, while the latest technological advancements in fire detection and suppression are covered in Section 6.
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Le chapitre 7 contient les résultats fournis par l’AIPCR à l’AITES dans le cadre des accords mentionnés précédemment et concernant les critères à appliquer pour le développement de méthodes visant à assurer la résistance au feu des structures. La question des responsabilités opérationnelles pendant les interventions de secours au cours d’un incendie est traitée dans le chapitre 8. Celui-ci inclut une discussion des objectifs de la maîtrise des fumées et de la façon dont ces objectifs peuvent être réalisés par les concepteurs et les exploitants, les facteurs affectant les équipes de secours, la nécessité d’un plan d’intervention d’urgence, ainsi que l’importance de l’entretien et des essais des équipements. Le chapitre 9, intitulé “L’avenir”, suggère des sujets à prendre en compte dans les recherches et études futures. Des références spécifiques sont données dans le chapitre 10, une bibliographie supplémentaire est présentée dans le chapitre 11 et le chapitre 12 fournit les annexes. Cependant, en dépit de l’immense somme de données et d’informations contenues dans cet ouvrage, des expériences et recherches complémentaires sont encore nécessaires, compte tenu de l’étendue du sujet et de la complexité des thèmes : les incendies en tunnel impliquent des phénomènes physiques nombreux, variés et interactifs, dont l’étude est particulièrement difficile. Nous ne comprenons pas encore complètement le comportement d’un incendie dans un tunnel, même si nos connaissances s’améliorent rapidement grâce aux nombreux travaux de recherche. Il est donc nécessaire de continuer nos travaux pour parvenir à des directives exhaustives, bien fondées et universellement acceptées. Le Comité technique AIPCR de l’Exploitation des Tunnels routiers poursuit ses efforts dans ce but. Ce Comité et son Groupe de travail n° 6 aujourd’hui baptisé « Ventilation et Maîtrise des incendies » accueille volontiers tous les commentaires et particulièrement toutes les propositions permettant de poursuivre ses travaux. Les incendies récents dans les tunnels du Mont Blanc, des Tauern et du St. Gothard au cours des dernières années ont conduit à une situation dans laquelle la sécurité des tunnels et les concepts d’évacuation et de secours sont devenus une préoccupation majeure, aussi bien dans les pays concernés que sur le plan international. Le présent rapport technique a été pour l’essentiel préparé pendant le cycle AIPCR 1999-2003. Par conséquent ses résultats et conclusions représentent la technologie de cette période.
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Section 7 contains the material that PIARC provided to ITA as a part of the agreement noted above related to the criteria to be applied in the development of methods to furnish structural resistance to fire. The issue of operational responsibilities during a fire based emergency is addressed in Section 8. This includes a discussion of the objectives of smoke control and how these objectives can be achieved by the designers and operators, the factors affecting emergency response teams, the requirement for an Emergency Response Plan, and the importance of maintenance and testing of equipment. Section 9 titled “THE FUTURE” contains suggested subjects to be considered for future research and study. Specific references are presented in Section 10, a supplementary Literature Bibliography is presented in Section 11 and Appendices are in Section 12. However, despite the enormous amount of data and information contained in this book, complementary experience and research are still needed because the field is quite vast and the issues very complex: fires in tunnels involve numerous, various and interacting physical phenomena, which are particularly difficult to investigate. We do not yet have a complete understanding of the behaviour of a fire in a tunnel, even though our knowledge is quickly improving through numerous research works. As a consequence further work will be needed to achieve complete, well-founded and universally accepted guidelines. The PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation has continued its efforts towards this goal. This Committee and its Working Group No. 6 currently called “Ventilation and Fire Control, welcome all comments and especially any proposals to carry the work further. The fire incidents in the Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels during the last years have led to a situation where safety in transport tunnels and evacuation and rescue concepts are being scrutinised both in the affected countries as well as internationally. This technical report was mostly prepared during the 1999 – 2003 PIARC cycle. Therefore, its findings and conclusions represent the technology of that period.
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1 PRINCIPES DE BASE DE LA PROGRESSION DES FUMÉES ET DE LA CHALEUR AU DÉBUT D’UN INCENDIE
1.1 Introduction Comprendre comment les fumées se comportent au cours d’un incendie en tunnel est essentiel pour tout ce qui concerne la conception et l’exploitation d’un tunnel. Cette compréhension aura une influence sur le type et le dimensionnement du système de ventilation qui sera installé, son exploitation en cas d’urgence et les procédures d’intervention qui seront développées pour permettre aux exploitants et aux services de secours de gérer l’incident de façon sûre. Le présent chapitre explique de façon détaillée le comportement général des fumées et les influences majeures qui affectent leur propagation le long du tunnel. En l’absence de toute autre influence, les fumées sont gouvernées par leurs propriétés de flottabilité et remontent vers le plafond du tunnel, puis se propagent le long de celui-ci en s’éloignant du foyer sous forme d’une couche stratifiée (voir Figure 1.1). La vitesse de propagation est influencée dans une certaine mesure par l’importance de l’incendie, mais, dans un incendie grave, elle sera de l’ordre de 2 m/s. Les fumées se propageant le long du plafond transmettent de la chaleur à celui-ci, aux parois et à l’air environnant. La couche de fumée plus froide devient alors plus dense. Ce comportement idéalisé n’est pas susceptible de se produire dans un tunnel réel, puisque le mouvement du trafic, la ventilation et/ou les effets météorologiques créent une vitesse longitudinale de l’air.
Figure 1.1 - Progression des fumées dans un tunnel horizontal avec vitesse de l’air nulle dans la zone du foyer
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1 BASIC PRINCIPLES OF SMOKE AND HEAT PROGRESS AT THE BEGINNING OF A FIRE
1.1 Introduction An understanding of how smoke behaves during a tunnel fire is essential for every aspect of tunnel design and operation. This understanding will influence the type and sizing of ventilation system to be installed, its operation in an emergency and the response procedures that will be developed to allow operators and emergency services to safely manage the incident. This section presents details of the general behaviour of smoke and the major influences that affect its propagation in a tunnel. In the absence of any other influences, smoke will be dominated by its buoyant properties and will rise to the tunnel roof or ceiling, and then propagate along the tunnel away from the fire in a stratified layer (see Figure 1.1). The velocity of propagation will be influenced to some extent by the fire size, but in a serious fire will be of the order of 2 m/s. As the smoke propagates along the tunnel roof, it transfers heat to the ceiling, walls and surrounding air. As this occurs, the cooler smoke layer becomes deeper. This idealised behaviour is unlikely to occur in an actual tunnel since traffic movement, ventilation and/or meteorological effects create longitudinal air velocities.
Figure 1.1 - Smoke progress in a flat tunnel
with no air velocity in the fire zone
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1.2 Influence de la vitesse longitudinale de l’air Il est bien connu qu’une remontée stratifiée des fumées en sens contraire du courant d’air (backlayering) se produit lorsque la vitesse longitudinale est inférieure à une valeur appelée « vitesse critique » [4 ; 5]. En revanche, les conditions nécessaires pour maintenir la stratification d’une couche de fumée en aval du foyer sont mal connues.
avalamont *
remontée des fumées
(a) Vitesse longitudinale de l’air inférieure à la vitesse critique (zone exempte de fumée près du sol, en aval du foyer*)
aval
amont
*
(b) Vitesse longitudinale de l’air égale à la vitesse critique (zone exempte de fumée près du sol, en aval du foyer*)
aval amont
(c) Vitesse longitudinale de l’air supérieure à la vitesse critique (pas de zone exempte de fumée, toute la section transversale est enfumée)
Figure 1.2 - Influence de la vitesse longitudinale de l’air sur la propagation des fumées dans la zone du foyer
Si la vitesse longitudinale de l’air est faible (par exemple < 1m/s) avant que le feu commence, les fumées se propagent d’une façon similaire à celle montrée dans la Figure 1.2a. Cela présente deux avantages importants : • Il existe une zone exempte de fumée sous la couche de fumée stratifiée,
permettant aux usagers de s’échapper. • La propagation est lente, les usagers du tunnel disposent donc de plus
de temps pour s’échapper. De la même façon que le comportement idéalisé montré dans la Figure 1.1, les fumées se propagent de façon presque symétrique de chaque côté du foyer. Elles restent stratifiées jusqu’à ce qu’elles soient refroidies sous les effets combinés de l’échange thermique par convection avec les parois et du mélange entre les couches de fumée et d’air frais. Si la vitesse longitudinale de l’air est inférieure à la vitesse critique, les fumées remontent en amont du foyer. Dans ce cas, et à condition qu’il ne se produise aucune perturbation aérodynamique (par exemple celle provoquée par le démarrage d’un accélérateur dans la zone enfumée), la couche de fumée en amont de l’incendie reste stratifiée.
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1.2 Influence of Longitudinal Air Velocity It is generally accepted that backlayering upstream of the fire appears when the longitudinal velocity is less than a value called the ‘critical velocity’ [4; 5]. On the other hand, the conditions needed to maintain the stratification of a smoke layer downstream of a fire are poorly understood.
downstreamupstream *
backlayering
(a) Longitudinal air velocity lower than the critical velocity (smoke-free zone near the bottom, downstream of fire*)
downstream
upstream
*
(b) Longitudinal air velocity equal to the critical velocity (smoke-free zone near the bottom, downstream of fire*)
downstream upstream
(c) Longitudinal air velocity greater than the critical velocity (no smoke-free zone, entire cross section is filled with smoke)
Figure 1.2 - Influence of longitudinal air velocity on smoke progress in the fire zone
If the longitudinal air velocity in the tunnel is low (say <1m/s) before the fire starts, then the smoke will propagate in a manner similar to that shown in Figure 1.2a. This has two important advantages: • there is a smoke-free zone under the stratified smoke layer, allowing the
tunnel user to escape; • smoke propagation is slow, so tunnel users have more time to escape.
Similar to the idealised behaviour shown in Figure 1.1, the smoke progresses in a nearly symmetrical way on either side of the fire. It remains stratified until it cools down due to the combined effects of the convective heat exchange with the walls and the mixing between the smoke and the fresh air layers. If the longitudinal air velocity is lower than the critical velocity, the smoke progresses upstream of the fire. In this case, and under the restriction that no aerodynamic perturbation occurs (for instance, that caused by the start up of a jet fan within the smoke zone), the smoke layer upstream of the fire remains stratified.
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Pour des vitesses de l’air inférieures ou égales à la vitesse critique, les fumées peuvent, en fonction de la puissance thermique de l’incendie, rester stratifiées en aval du foyer (voir Figures 1.2b et 1.2c). Si la vitesse longitudinale de l’air est supérieure à la vitesse critique, le risque de déstratification en aval de l’incendie se trouve augmenté (voir Figure 1.2c). La « vitesse de déstratification » au-dessus de laquelle les fumées en aval d’un incendie se déstratifient est difficile à définir. Par contraste avec la remontée des fumées en amont du foyer, la stratification en aval est plus complexe en raison de la nature plus turbulente du flux, et donc du mélange plus intense entre la couche de fumée et la couche d’air frais. Des recherches sont encore nécessaires pour mieux comprendre les conditions qui maintiennent la stratification des fumées pour différentes vitesses et pour connaître les relations qui lient la puissance de l’incendie, la vitesse de l’air, la température de l’air et la stratification des fumées.
1.3 Influence de la puissance thermique Le débit de fumée produit par l’incendie est à peu près proportionnel à sa puissance thermique. Le panache entraîne l’air frais à partir de la partie basse du tunnel. Au fur et à mesure que l’incendie se développe, ce panache offre une résistance supplémentaire au courant d’air longitudinal.
1.4 Influence de la pente du tunnel (déclivité de la chaussée) La pente du tunnel produit une accélération de la propagation des fumées dans le sens ascendant (en raison de la flottabilité). Cet effet de cheminée est fonction de la température des fumées et de la déclivité de la chaussée ; un incendie entièrement développé sur une forte déclivité peut avoir pour résultat des vitesses longitudinales élevées et peu ou pas de fumée sur le côté aval du foyer. Combiné à certaines propriétés géométriques du tunnel, cela peut avoir pour conséquence un envahissement total de la section transversale du tunnel par les fumées.
1.5 Influence du trafic Au cours des minutes qui suivent le départ d’un incendie, les conditions de circulation dans le tunnel se trouvent modifiées. Tout d’abord, l’incendie crée un obstacle pour le trafic, et les voitures qui roulent dans sa direction doivent s’arrêter. Ces véhicules immobiles créent une résistance supplémentaire au courant d’air longitudinal. En second lieu, des barrières ou des feux de circulation sont mis en œuvre aux entrées pour empêcher tout trafic supplémentaire de pénétrer dans le tunnel. Les voitures qui se trouvent après le foyer peuvent normalement sortir du tunnel sans difficulté, augmentant ainsi le pistonnement dans la section aval du tunnel. Ces modifications du trafic, combinées entre elles, affectent la résistance totale au courant d’air dans le tunnel.
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For air velocities lower than or equal to the critical velocity, the smoke can, depending on the fire heat release rate, remain stratified downstream of the fire (see Figures 1.2b and 1.2c). If the longitudinal air velocity is greater than the critical velocity, the risk of de-stratification downstream of the fire is increased (see Figure 1.2c). The “destratification velocity” above which the smoke downstream of a fire will destratify is difficult to define. In contrast to the backlayering upstream of the fire, the stratification downstream of the fire is more complex due to the more turbulent nature of the flow, and thus the enhanced mixing between the smoke layer and the fresh air layer. Research work is still required to better understand the conditions that will maintain smoke stratification for various velocities and to gain knowledge of the relationships between fire size, air velocity, air temperature and smoke stratification.
1.3 Influence of the Fire Heat Release Rate The smoke flow produced by the fire is roughly proportional to its heat release rate. The fire plume entrains fresh air from the lower part of the tunnel. As the fire develops, the fire plume becomes an additional resistance to the longitudinal airflow.
1.4 Influence of the Tunnel Slope (Roadway Grade) The tunnel slope causes an acceleration of the smoke propagation in the ascending direction (due to buoyancy). This chimney effect is a function of smoke temperature and roadway grade; a fully developed fire on a steep grade can result in high longitudinal velocities and little or no smoke on the descending side of the fire. Combined with certain geometric tunnel properties, this could lead to the whole tunnel cross section becoming filled with smoke.
1.5 Influence of the Traffic During the minutes following the start of the fire, the traffic patterns in the tunnel are modified. First, the fire creates an obstacle to the traffic, and cars that are driving toward the fire have to stop. These stopped vehicles create an additional resistance to longitudinal airflow. Secondly, barriers or portal lights will be utilised to stop additional traffic from entering the tunnel. Cars that are past the fire incident can normally exit the tunnel without difficulty, increasing the piston effect in the downstream section of tunnel. These traffic changes, in combination, will affect the overall resistance to airflow in the incident tunnel.
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1.6 Rôle du système de ventilation pendant la phase d’auto-évacuation Le chapitre 4 décrit les caractéristiques du système de ventilation et de son exploitation. Mais il est bon de mentionner ici quels sont les objectifs d’un système de ventilation pendant un incendie, sans trop entrer dans le détail de la façon dont ils sont atteints. Pendant la phase d’auto-évacuation (pendant laquelle les usagers devraient, de leur propre initiative, tenter de sortir du tunnel), le système de ventilation a pour but de créer et de maintenir un environnement supportable pour l’évacuation des usagers. De façon plus spécifique, cet environnement doit offrir et des niveaux de visibilité et de qualité de l’air acceptables.
1.7 Rôle du système de ventilation pendant la phase de déclenchement de l’incendie Pendant la phase de déclenchement de l’incendie, l’utilisation du système de ventilation doit être décidée par le commandant des opérations de secours qui choisira la meilleure solution tenant compte des possibilités du système de ventilation et des besoins opérationnels des pompiers.
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1.6 Role of the Ventilation System during the Self-Evacuation Phase The characteristics of the ventilation system and its operation are described in Section 4. However, it is appropriate to mention here the objectives of the ventilation system during a fire, without getting into too much detail on how they are achieved. During the self-evacuation phase (also called the self-rescue phase, during which tunnels users would, of their own volition, attempt to evacuate from the tunnel), the ventilation system aims to create and maintain a tenable environment for the evacuation of tunnel users. Specifically, this environment consists of acceptable visibility and air quality levels.
1.7 Role of the Ventilation System during the Fire-Fighting Phase During the fire-fighting phase, the ventilation system operation has to be decided by the head of emergency operations, who should choose the best solution taking into account the possibilities of the ventilation system and the operational needs of the firemen.
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2 CONCEPTS DE SÉCURITÉ POUR LES INCENDIES EN TUNNEL
2.1 Introduction Le nombre et la longueur des tunnels routiers étant en augmentation rapide, ainsi que le nombre des personnes qui les utilisent, les questions de sécurité (notamment la sécurité en cas d’incendie) prennent une importance toujours croissante [6]. Lorsqu’il s’agit de prévenir et de contrer les effets d’un incendie dans l’espace unique, non compartimenté et confiné d’un tunnel, les différences entre les environnements souterrains et les autres environnements apparaissent si importantes qu’aucune comparaison directe ne peut être faite entre eux. Les communications, l’évacuation, la ventilation, le drainage, l’alimentation en eau et le contrôle du trafic, entre autres, présentent des caractères exacerbés lorsque la circulation se fait en souterrain ou sous l’eau. Un grand nombre d’essais en laboratoire et en grandeur réelle ont été effectués et des projets réalisés au cours des deux dernières décennies, dans le but général d’optimiser les possibilités de protection des personnes et de préservation des ouvrages et de l’environnement en cas d’incendie. Cela a conduit à un certain nombre d’équipements et de systèmes de sécurité. Il est nécessaire de décrire le résultat de ces travaux, considérés aussi bien individuellement qu’en diverses combinaisons. Le groupe d’experts de la Commission Économique pour l’Europe des Nations Unies – CEE ONU – [7] a classé les différents facteurs ayant une influence sur le niveau de sécurité dans les tunnels routiers en quatre groupes principaux, comme le montre le diagramme page 32. Seule une coopération active entre ces quatre groupes peut garantir la sécurité dans un tunnel. Au cours de près de 50 années d’existence, le comité technique AIPCR de l’exploitation des tunnels routiers a fait progresser les principales questions concernant la géométrie des tunnels, leurs équipements (y compris la ventilation), le trafic, la sécurité, l’exploitation et, plus récemment, les préoccupations environnementales et le comportement humain. Le Comité n’est pas impliqué dans les questions de génie civil telles que creusement, soutènement et étanchéité qui n’ont pas un rapport direct avec l’exploitation du tunnel. Ces thèmes sont traités dans le cadre d’une collaboration concernant l’ensemble des ouvrages souterrains, y compris les tunnels ferroviaires et hydrauliques. L’Association internationale des Travaux en Souterrain (AITES) assure la coopération internationale sur ces questions, et tout doublon avec l’AIPCR est évité.
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2 SAFETY CONCEPTS FOR TUNNEL FIRES
2.1 Introduction As the number and length of road tunnels are rapidly increasing and more people travel through them, tunnel safety issues (including fire safety) take an ever greater importance [6]. When it comes to the system for preventing and mitigating fire in the unique non-compartmented, enclosed space of a tunnel, the differences between subterranean environments and other environments are so vast that there is no straightforward comparison between them. Communication, egress, ventilation, drainage, water supply and traffic control are amongst others all exacerbated when moved underground or under water. A large number of laboratory and full scale tests have been performed and projects carried out during the last two decades with the overall objective of investigating the possibilities for optimal protection of people and preservation of property and the environment in the event of fires. This has led to a set of different safety installations and systems. There is a need to describe the effect of these efforts, both individually and in various combinations. The group of experts of the United Nations Economic Commission for Europe – UNECE [7] – has classified the various factors influencing the level of safety in road tunnels into four main groups as shown in the diagram (page 33). Only the cooperative action of all four groups can guarantee safety in a tunnel. During its nearly 50 years of existence, the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation has advanced the main issues concerning tunnel geometry, equipment (including ventilation), traffic, safety, operation and, more recently, environmental concerns as well as human behaviour. The Committee is not involved in tunnel civil engineering topics such as excavation, support and waterproofing that are not specifically concerned with the operation of the tunnel. These fields are addressed within a framework of cooperative works common to all types of underground structures, including railway and hydraulic tunnels. The International Tunneling Association (ITA) accomplishes international cooperation on these topics, and any duplication with PIARC is prevented.
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Figure 2.1 - Sécurité dans les tunnels routiers
2.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR
Le Comité technique AIPCR de l’Exploitation des Tunnels routiers, par l’intermédiaire de son rapport intitulé « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2], a encouragé le développement de la sécurité contre les incendies dans les tunnels routiers. Le présent document ne remplace pas celui de 1999 ; mais des informations nouvellement disponibles y ont été intégrées. Le tableau 2.1 « Incendies graves dans les tunnels routiers » est une mise à jour du tableau 2.3.4 de la page 53 du rapport de 1999. L’annexe 12.1 fournit en outre de nouveaux détails en provenance de la Norvège sur les statistiques d’incidents et d’accidents.
2.3 Sécurité incendie en tunnel • En première approche, on peut considérer que le niveau de sécurité
à l’intérieur d’un tunnel devrait être comparable à celui que l’on trouve sur le réseau routier à l’extérieur du tunnel. Toutefois des approches alternatives sont possibles.
La sécurité dans les tunnels routiers a pour but premier de prévenir les accidents et de réduire les conséquences d’accidents éventuels.
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Figure 2.1 - Safety in road tunnels
2.2 Previous Work by PIARC
The PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation, through its 1999 report titled “Fire and Smoke Control in Road Tunnels,” [2] has fostered fire safety for road tunnels. The present document does not supersede the 1999 Report; however, some information that is newly available is included here. Table 2.1 “Serious Fire Accidents in Road Tunnels” is an update of Table 2.3.4 on page 53 in the 1999 Report. In addition, Appendix 12.1 provides new details from Norway regarding statistics on incidents and accidents.
2.3 Tunnel Fire Safety • A first approach could consider that the safety level inside a tunnel should
be comparable to that on the road system outside, as far as possible. However, alternative approaches are possible.
The safety in road tunnels will predominantly be aimed at the prevention of accidents and the reduction of consequences of possible accidents.
AIPCR . 34 . 05.16.B - 2006
D’un point de vue statistique, le tunnel est généralement considéré comme la partie la plus sûre d’un réseau routier. En fait, la plupart des statistiques font état de peu d’accidents graves en tunnel par comparaison avec le réseau routier à ciel ouvert. Mais les conséquences d’un accident en tunnel peuvent très largement dépasser celles d’un accident à l’air libre. Par conséquent, il est important de déployer tous les efforts techniques et organisationnels possibles pour assurer un niveau de sécurité aussi élevé que possible. L’un des facteurs les plus importants pour le maintien du niveau de sécurité prévu est un schéma d’exploitation et d’entretien adéquat, bien étudié et systématique. La facilité d’entretien de l’ouvrage, y compris dans ses détails et ses équipements de sécurité, tout cela doit être pris en compte dès le début de la phase de conception. Le présent chapitre traite d’un certain nombre d’aspects visant à réduire les accidents et leurs conséquences.
2.3.1 Objectifs de la sécurité incendie en tunnel Les objectifs suivants ont été définis pour atteindre le niveau optimal de sécurité dans les tunnels routiers : • Objectif principal : prévenir les événements critiques qui peuvent mettre
en danger les vies humaines, l’environnement et les installations du tunnel.
• Objectif secondaire : réduire les conséquences des événements tels qu’accidents et incendies, c’est-à-dire mettre en place les conditions préalables pour : ⇒ l’évacuation des personnes impliquées dans l’incident ; ⇒ l’intervention immédiate des usagers afin d’éviter des conséquences
plus graves (par exemple, un incendie peut généralement être éteint immédiatement après son déclenchement, mais, dix minutes plus tard, il se sera transformé en un véhicule entièrement en flammes) ;
⇒ l’action efficace des services de secours ; ⇒ la protection de l’environnement ; ⇒ la limitation des dommages matériels.
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The tunnel, from a statistical point of view, is generally deemed the safest part of the road network. In fact, most statistics show few serious tunnel accidents as compared to open road accidents. However, the consequences of a tunnel incident can far outweigh those of an open road incident. Consequently, it is important to deploy all technical and organisational efforts available to obtain the designed safety level. One of the most important factors in maintaining the designed safety level is an adequate, thoroughly planned and systematic operation and maintenance scheme. Maintainable construction, details and safety equipment, should all be considered at an early stage in the planning and design phase. This section discusses a number of efforts for reducing accidents and their consequences.
2.3.1 Aims of Tunnel Fire Safety The following objectives have been set for attaining the optimal level of safety in road tunnels: • Primary objective: to prevent critical events that may endanger human
life, the environment and tunnel installations.
• Secondary objective: to reduce consequences of events such as accidents and fires, i.e. to create the ideal prerequisites for: − people involved in the incident to evacuate; − the immediate intervention of road users to prevent greater
consequences (e.g. a fire can generally be easily extinguished immediately after it breaks out, but ten minutes later it will have developed into a fully burning vehicle);
− ensuring efficient action by emergency services; − protecting the environment; − limiting material damage.
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Figure 2.2 - Concept de sécurité global
2.3.2 Remarques sur les accidents en tunnel
L’annexe 12.1 contient le dernier rapport de la Norvège sur les statistiques d’incidents et accidents. Le tableau 2.1 donne des informations sur un certain nombre d’incendies graves dans des tunnels routiers.
2.3.3 Sécurité pendant les phases de projet, de construction, d’exploitation et d’entretien La construction d’un tunnel routier peut se diviser selon les éléments suivants : études préliminaires, étude de site, programmation, développement conceptuel, conception détaillée, construction, puis mise en service et exploitation. Le schéma général de réalisation doit assurer la continuité et des inter-relations étroites entre ces éléments, qui ont souvent une nature itérative.
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Figure 2.2 - The global safety concept
2.3.2 Remarks on Tunnel Accidents
Appendix 12.1 contains the latest report from Norway regarding incident and accident statistics. Table 2.1 gives information on a number of serious fire accidents in road tunnels.
2.3.3 Safety during Design, Construction, Operation and Maintenance Phases Building a road tunnel can be subdivided into the following elements: preliminary studies, site investigation, physical planning, conceptual development, detailed design, construction, then commissioning and operation. The overall development scheme should provide for continuity and close interrelations between these elements, which are often iterative in nature.
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Il faut s’efforcer d’éviter une progression indépendante des différents aspects au cours de la phase de projet pour ne pas avoir de dépassements de coûts pendant la construction et l’exploitation. Des vérifications périodiques sont généralement effectuées pendant les phases de projet. Les mêmes procédures doivent être adoptées tout au long de la conception et de la construction, afin de maîtriser le projet du point de vue de l’exploitation, de l’entretien et de la sécurité. L’optimisation du projet implique l’évaluation détaillée de tous les facteurs affectant les performances (y compris la sécurité) et les coûts, y compris les impacts sur l’environnement et les relations contractuelles entre les parties. Les éléments de sécurité d’un tunnel sont définis principalement pendant les premières phases du projet (c’est-à-dire le développement conceptuel). La possibilité de faire des choix en fonction de la sécurité est de plus en plus restreinte au fur et à mesure que les phases de projet, de conception, de construction et d’exploitation avancent (voir Figure 2.3).
Figure 2.3 - Choix de sécurité
Par ailleurs, les exigences de sécurité concernant un tunnel routier ne sont pas immuables. Des changements dans les besoins en trafic, des améliorations générales dans les normes routières, ainsi que des facteurs sociaux et économiques élargis peuvent, au fil du temps, demander une remise à jour des exigences initiales de service et de sécurité. Si cela se produit pendant la phase d’exploitation du tunnel, et s’il se confirme que le projet initial doit être modifié, les changements nécessaires doivent prendre en compte les éventuelles interférences avec l’exploitation de l’ouvrage.
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Independent advance of the various aspects should be prevented in the design phase to avoid costly extras during construction and operation. Periodic reviews are generally conducted during design stages. The same procedures should be adopted all through the development of the project and construction in order to check the project from the operation, maintenance and safety points of view. Project optimisation entails thorough assessment of all factors affecting performance (including safety) and cost, including environmental impacts and contractual relationship between all parties. The safety features of a tunnel are mainly established during the first phases of design (i.e., conceptual development). The possibility to make safety-related choices becomes more and more diminished as the planning, design, construction and operation phases advance (see Figure 2.3).
Figure 2.3 - Safety choices
On the other hand, the safety requirements set for a road tunnel are not immutable. In the course of time, changes in traffic demands, general improvements in road standards, and broader social and economic factors may call for upgrading the initial requirement for service and safety. If this occurs during the operation phase of the tunnel, and it is determined that the initial design should be modified, the required changes have to take into account the possible interferences with the operation of the facility.
Tableau 2.1 – Incendies graves dans les tunnels routiers
Conséquences Date Longueur du tunnel
Lieu/ Pays
Véhicule dans lequel l’incendie s’est déclaré
Cause la plus probable de l’incendie
Durée de l’incendie
Usagers Véhicules endommagés
Structures et Équipements
13 mai 1949
Holland 2 550 m
New York USA
Camion avec 11 t. de disulfide de carbone
Charge tombée du camion - explosion
4 h 66 blessés inhalation de fumée
10 camions 13 voitures
Dommages graves sur 200 m
31 août 1968
Moorfleet 243 m
Hambourg Allemagne
Remorque avec 14 t. de granulats PE
Blocage des freins 1 h 30 min aucun 1 remorque Dommages graves sur 34 m
28 janvier 1974
Mont Blanc 11 600 m
France-Italie Camions avec 21 t. de billes d’acier
Moteur 15 min 1 blessé 1 camion N/A
14 août 1975
Guaderrama 2 345 m
Madrid Espagne
Camion avec remorques remplies de résine de pin
N/A 2 h 45 min aucun 1 camion Dommages graves (fermé pendant 21 jours)
11 août 1976
Croisement BP - A6 430 m
Paris France
Camion avec tambours de 16 t. de film polyester
Vitesse élevée 1 h 12 blessés légers (fumée)
1 camion Dommages graves sur 150 m
11 août 1978
Velsen 770 m
Velsen Pays-Bas
4 camions 2 voitures
Collision par l’arrière
1 h 20 min 5 morts 5 blessés
4 camions 2 voitures
Dommages graves sur 30 m
11 juillet 1979
Nihonzaka 2045 m
Shitzuoka Japon
4 camions 2 voitures
Collision par l’arrière
159 h 7 morts 1 blessé
127 camions 46 voitures
Dommages graves sur 1 100 m
17 avril 1980
Kajiwara 740 m
Japon 1 camion avec 3 600 l de peinture dans 200 bidons
Collision avec la paroi et retournement
1 h 20 min 1 mort 1 camion, 4t 1 camion, 10t
Dommages graves sur 280 m
15 juillet 1980
Sakai 459 m
Japon 6 camions lourds, 3 camions, 2 voitures
Collision multiple 3 h 5 morts 5 blessés
10 véhicules Dommages graves
17 avril 1982
Caldecott 1028 m
Oakland USA
1 voiture, 1 car 1 camion avec 33 000 l d’essence
Collision par l’arrière
2 h 40 min 7 morts 2 blessés
3 camions 1 car 4 voitures
Dommages graves sur 580 m
Février 1983
Pecorila Galleria 662 m
Gênes Savone Italie
Camion de poissons Collision par l’arrière
N/A 9 morts 22 blessés
10 voitures Peu de dommages
Table 2.1 - Serious fire accidents in road tunnels
Consequences Date Tunnel
Length Location/ Country
Vehicle Where Fire Occurred
Most Possible Cause of Fire
Durationof Fire People Damaged
Vehicles Structures and Installations
13 May 1949 Holland 2,550 m
New York USA
Lorry with 11 tons of carbon disulfide
Load falling off lorry - explosion 4 hr
66 injured smoke inhalation
10 lorries 13 cars
Serious damage over 200 m
31 August 1968 Moorfleet 243
Hamburg Germany
Trailer with 14 tons of PE granulate Brakes jamming 1 hr
30 min none 1 trailer Serious damage over 34 m
28 January 1974 Mont Blanc 11,600 m France-Italy Lorry with 21 tons
of steel billet Motor 15 min 1 injured 1 lorry N/A
14 August 1975 Guaderrama 2,345
Madrid Spain
Truck with tanks filled with pine resin N/A 2 hrs
45 min none 1 truck Serious damage (closed for 21 days)
11 August 1976 Crossing BP - A6 430 m
Paris France
Lorry with drums of 16 tons polyester film
High speed 1 hr 12 light injuries (smoke)
1 lorry Serious damage over 150 m
11 August 1978 Velsen 770 m
Velsen Nederland
4 lorries 2 cars
Front-rear collision
1hr 20 min
5 dead 5 injured
4 lorries 2 cars
Serious damage over 30 m
11 July 1979 Nihonzaka 2,045 m
Shitzuoka Japan
4 lorries 2 cars
Front-rear collision 159 hr 7 dead
1 injured 127 lorries 46 cars
Serious damage over 1,100 m
17 April 1980 Kajiwara 740 m Japan 1 lorry with 3,600 l
of paint in 200 cans Collision with side wall and overturning
1 hr 20 min 1 dead 1 lorry, 4t
1 lorry, 10t Serious damage over 280 m
15 July 1980 Sakai 459 m Japan 6 heavy lories,
3 lories, 2 cars Multiple collision 3 hr 5 dead 5 injured 10 vehicles Serious damage
17 April 1982 Caldecott 1,028 m
Oakland USA
1 car, 1 coach 1 lorry with 33,000 l of petrol
Front-rear collision
2 hr 40 min
7 dead 2 injured
3 lorries 1 coach 4 cars
Serious damage over 580 m
February 1983 Pecorila Galleria 662 m
Gênes Savone Italy
Lorry with fish Front-rear collision N/A 9 dead
22 injured 10 cars Little damage
5 mai 1983 Fréjus
12 870 m France-Italie Camion de matières
plastiques Moteur ~2 h Aucun 1 camion Dommages à la
dalle du plafond et aux équipements
2 avril 1984 St. Gothard A2 Suisse
Camions de matières plastiques
Moteur 24 min Aucun 1 camion Dommages graves sur 30 m
1 juillet 1984
Felbertauern 5 281 m
Autriche Bus Blocage des freins 1 h 30 min Aucun 1 bus Dommages sur la chaussée et le plafond
9 sept. 1986
L'Arme 1 105 m
Nice France
Camion avec remorque
Freinage après vitesse élevée
N/A 3 morts 5 blessés
1 camion 4 voitures
Certains équipements détruits
18 février 1987
Gumefens 343 m
Berne Suisse
1 camion Collision par l’arrière
2 h 2 morts 2 camions 1 van
Dommages légers
19 août 1990
Røldal 4 656 m
Røldal Norvège
Transporteur VW avec remorque
Moteur 50 min 1 blessé 1 tracteur 1 remorque
Peu de dommages
11 janvier 1990
Mont Blanc 11 600 m
France-Italie Camion avec 20 t. de coton
Moteur 30 min 2 blessés 1 camion Certains équipements détruits
1993 Serra Ripoli 442 m
Bologne-Florence Italie
1 voiture et camion avec rouleaux de papier
Collision 2 h 30 min 4 morts 4 blessés
5 camions 11 voitures
Peu de dommages
13 juin 1993
Hovden 1 290 m
Høyanger Norvège
Moto 2 voitures
Collision par l’arrière
1 h 5 blessés 1 moto 2 voitures
111 m de matériau d’isolation détruit
27 février 1994
Huguenot 3 914 m
Afrique du Sud
Bus avec 45 passagers
Défaillance électrique
1 h 1 mort 28 blessés
1 autocar Dommages graves
10 avril 1995
Pfander 6 719 m
Autriche Camion avec remorque
Collision 1 h 3 morts 4 blessés
1 camion 1 van 1 voiture
Dommages graves
18 mars 1996
Isola delle Femmine 148 m
Palermo Italie
1 citerne avec gaz liquide + 1 petit bus
Collision par l’arrière
2 h 5 morts 20 blessés
1 citerne 1 bus 18 voitures
Dommages graves. Tunnel fermé pendant 2,5 jours
5 May 1983 Frejus 12,870 m France-Italy Lorry with plastic
material Motor ~2 hrs None 1 lorry Damage to roof slab and equipment
2 April 1984 St. Gotthard A2 Switzerland
Lorry with plastic material Motor 24 min None 1 lorry Serious damage over 30 m
1 July 1984 Felbertauern 5,281 m Austria Bus Blocking brakes 1 hr
30 min None 1 bus Damage to pavement and ceiling
9 September 1986 L'Arme 1,105 m
Nice France Lorry with trailer Braking after
high speed N/A 3 dead 5 injured
1 lorry 4 cars
Some equipment destroyed
18 February 1987 Gumefens 343 m
Berne Switzerland 1 lorry Front-rear
collision 2 hr 2 dead 2 lorries 1 van Slight damage
19 August 1990 Røldal 4,656 m
Røldal Norway
VW transporter with trailer Motor 50 min 1 injured 1 transporter
1 trailer Little damage
11 January 1990 Mont Blanc 11,600 m France-Italy Lorry with 20
tons of cotton Motor 30 min 2 injured 1 lorry Some equipment destroyed
1993 Serra Ripoli 442 m
Bologne-FlorenceItaly
1 car and lorry with rolls of paper Collision 2 hr
30 min 4 dead 4 injured
5 lorries 11 cars Little damage
13 June 1993 Hovden 1,290m
Høyanger Norway
Motorcycle 2 cars
Front-rear collision 1 hr 5 injured 1 motorcycle
2 cars 111 m insulation material destroyed
27 February 1994 Huguenot 3,914 m South Africa Bus with
45 passengers Electrical fault 1 hr 1 dead 28 injured 1 coach Serious damage
10 April 1995 Pfander 6,719 m Austria Lorry with trailer Collision 1 hr 3 dead
4 injured
1 lorry 1 van 1 car
Serious damage
18 March 1996 Isola delle Femmine 148 m
Palermo Italy
1 tanker with liquid gas + 1 little bus
Front-rear collision 2 hrs 5 dead
20 injured
1 tanker 1 bus 18 cars
Serious damage. Tunnel closed for 2.5 days
31 octobre 1997
St. Gothard 16.918 m
A2 Suisse
Transporteur avec 8 voitures privées chargées
Moteur 3 h 2 blessés 1 camion 8 voitures
N/A
24 mars 99 Mont Blanc 11.600 m
France-Italie Camion avec farine et margarine
Auto-inflammation 53 h 39 morts 23 camions 10 voitures 1 moto 2 camions pompiers
Dommages graves. Tunnel réouvert en mars 2002
29 mai 1999 Tauern 6 401 m
A10 Salzbourg-Spittal Autriche
Camion de peinture Collision par l’arrière 4 voitures et 2 camions
14 h 12 morts 49 blessés
14 camions 26 voitures
Dommages graves
14 juillet 2000 Seljestad 1 272 m
E 134 Drammen - Haugesund Norvège
Un incendie de diesel s’était déclaré avant la collision dans le compartiment moteur du semi-remorque qui a provoqué les collisions multiples.
Collision par l’arrière. Un semi-remorque a poussé une voiture sur 4 voitures arrêtées derrière un autre camion.
45 min 6 blessés 1 camion 6 voitures 1 moto
Dommages graves. NOK 1 mill. Tunnel fermé pendant 1,5 jours
28 mai 2001 Prapontin 4409 m
A32 Torino - BardonecchiaItalie
Camion chargé de légumes
Auto-mise à feu des pneus
15 min 11 blessés par la fumée
1 camion Fermé jusqu’à 6/6 en direction de Turin (est)
6 août 2001 Gleinalm 8 320 m
A9 près de Graz Autriche
Voiture Collision frontale van - voiture
50 min 5 morts 4 blessés
1 voiture 1 van
Dommages graves. Ré-ouvert le 07 août 2001
24 oct. 2001 St. Gothard 16 918 m
A2 Suisse
Camion Collision frontale 2 camions
6 h 11 morts 2 camions 13 voitures
Dommages graves. Fermé 2 mois
27 janvier 2002
Roppener 5 100 m
A12 Autriche
Bus Moteur 1 h 2 blessés N/A N/A
3 nov. 2002 Homer 1 200 m
Nouvelle-Zélande
Bus N/A N/A 4 blessés 1 bus N/A
31 October 1997 St. Gotthard 16,918 m
A2 Switzerland
Transporter with 8 private cars loaded Motor 3 hrs 2 injured 1 lorry
8 cars N/A
24 March 1999 Mont Blanc 11,600 m France-Italy Lorry with flour
and margarine Self-ignition 53 hrs 39 dead
23 lorries 10 cars 1 motorcycle 2 fire engines
Serious damage. Tunnel reopened March 2002
29 May 1999 Tauern 6,401 m
A10 Salzburg-SpittalAustria Lorry with paint Front-rear collision
4 cars and 2 lorries 14 hrs 12 dead 49 injured
14 lorries 26 cars Serious damage
14 July 2000 Seljestad 1,272 m
E 134 Drammen - Haugesund Norway
The trailer-lorry that caused the multiple collisions had a diesel fire in the engine room before the collision.
Front-rear collision. A trailer-lorry pushed a car into 4 cars that had stopped behind another lorry.
45 min 6 injured 1 lorry 6 cars 1 MC
Serious damage. NOK 1 mill. Tunnel closed for 1.5 days
28 May 2001 Prapontin 4,409 m
A32 Torino - Bardonecchia Italy
Lorry charged with vegetables Self ignition of tyres 15 min 11 injured
by smoke 1 lorry Closed until 6/6 in direction Torino (east)
6 August 2001 Gleinalm 8,320 m
A9 near Graz Austria Car Front collision
van - car 50 min 5 dead 4 injured
1 car 1 van
Serious damage. Reopened 07 aug 01
24 October 2001 St. Gotthard 16,918 m
A2 Switzerland Lorry Front collision
2 lorries 6 hours 11 dead 2 lories 13 cars
Serious damage. Closed 2 months
27 January 2002 Roppener 5,100 m
A12 Austria Bus Motor 1 hr 2 injured N/A N/A
3 November 2002 Homer 1,200 m New Zealand Bus N/A N/A 4 injured 1 bus N/A
AIPCR . 46 . 05.16.B - 2006
2.3.4 Plans d’intervention d’urgence La stratégie d’exploitation et de contrôle du tunnel devrait être définie en se basant sur la nature et l’environnement du tunnel, ainsi que sur la disponibilité et la proximité de la police locale, des pompiers, des services de secours et autres. Les actions normales d’exploitation du tunnel et de contrôle de la circulation incluent ordinairement l’entretien de l’ouvrage et des équipements, la mise en place du personnel des salles de commande (le cas échéant), l’inspection et la vérification des véhicules, afin d’assurer que les réglementations sont bien observées. Les manuels d’exploitation des équipements, les plans d’entretien, un stock général et approprié de pièces de rechange et des outils spécialisés doivent être constitués pendant la phase de projet et être facilement disponibles pendant les opérations ordinaires d’exploitation. En cas d’urgence, sont nécessaires : une structure de commande permettant de gérer la situation, des véhicules de secours avec conducteurs et équipages, des pompiers, la mise en œuvre des signaux et des communications entre le responsable du tunnel et son personnel, et une communication adéquate entre les équipes de secours et le public. Les tunnels de grande longueur ayant un trafic particulièrement chargé peuvent requérir une certaine redondance des personnels et des équipements d’urgence mentionnés ci-dessus. Il est important de prévoir la formation, les méthodes de mise à jour, ainsi que des exercices permettant de préparer le personnel à réagir en cas d’accident ou d’anomalie. Voir le chapitre 8 pour plus de détails. Le projet doit prendre en compte les activités qui se dérouleront sur le site et celles qui se dérouleront ailleurs. Le schéma général doit inclure des instructions pour le remplacement périodique et l’amélioration des équipements.
2.3.5 Risques et analyse des risques Les risques associés à un tunnel doivent être identifiés et évalués systématiquement pendant la phase de projet. Une analyse des risques consiste à estimer à la fois les conséquences d’un accident et la probabilité qu’a un tel accident de se produire. Elle a pour but d’identifier et éventuellement de quantifier les risques, afin de pouvoir les éliminer ou les réduire, et aussi de comparer les solutions alternatives pour servir de base aux prises de décision pendant les phases de construction et d’exploitation.
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2.3.4 Emergency Planning The tunnel operation and control strategy should be established based on the nature and site of the tunnel, as well as the availability and proximity of local police, fire-fighting, rescue and other services. Normal tunnel operation and enforcement action normally provides for maintenance of the structure and equipment, manning of control rooms (if any), inspection and examination of vehicles to ensure that regulations are being observed. Equipment operating manuals, maintenance schedules, overall and appropriate stock of spare parts and special tools should be developed during the design phase of the tunnel project and be readily available during ordinary operation. In the event of an emergency, the following is required: a command structure to deal with the situation, rescue vehicles with drivers and crews, fire brigade, operation of signals and communications between tunnel manager and tunnel staff, and adequate communication between emergency crews and with the public. Long tunnels with particularly heavy traffic may require some redundancy of the people and emergency equipment mentioned above. Important activities are training, updating techniques, and exercises that prepare staff to react to accidents and abnormalities. See Chapter 8 for more details. Project planning should take into account activities to be conducted at the site and those to be conducted elsewhere. The overall scheme should include provisions for periodic replacement and improvement of equipment.
2.3.5 Risk and Risk Analysis The risks associated with a tunnel should be systematically identified and evaluated during the design stage. A risk analysis is an estimation of both the consequences of an accident and the likelihood (probability) that such an accident will occur. The aim of the risk analysis is to identify and possibly quantify the risks in order to be able to eliminate or reduce them, as well as to compare alternative methods as a basis for decision-making processes during the construction and operation phases.
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Une analyse des risques, pour un tunnel, inclut les risques d’accidents mortels et de blessures en liaison avec l’utilisation du tunnel, y compris les blessures causées aux tiers (c’est-à-dire les personnes qui n’utilisent pas directement le tunnel lorsque l’accident se produit), les risques associés à l’endommagement de l’ouvrage tels que les effets sur l’intégrité et la longévité structurelles, ainsi que les risques pour la santé et l’environnement. L’évaluation des conséquences des pannes, des dommages structurels et l’impact négatif sur l’environnement, s’ils sont significatifs, peut aussi inclure les coûts résultant de l’interruption de la circulation, les coûts de remplacement, les coûts concernant les tiers, par exemple les dommages causés à d’autres ouvrages, et les coûts de perte de production. Les événements suivants peuvent être pris en compte : • accidents de la route, • incendies de véhicules, • accidents résultant du transport de marchandises dangereuses, • incendies de bâtiments et ouvrages adjacents, • effondrement total ou partiel de la structure du tunnel, • interruption des fonctions de sécurité, telles qu’éclairage, ventilation,
réseaux de signalisation, • effet des accidents et événements externes. Les données entrées dans une analyse des risques peuvent inclure les statistiques d’accidents, les taux de fréquence, ainsi que les coûts des accidents. Les données d’entrée, objets de référence et modèles de calcul doivent toujours être soigneusement choisis et correctement documentés. Dans une analyse des risques en tunnel routier, il est essentiel de traiter de façon correcte les relations spécifiques entre la conception géométrique de la route, les statistiques d’accidents et le comportement des usagers. De nouveaux travaux sur les analyses de risques sont actuellement menés par le comité technique AIPCR de l’exploitation des tunnels routiers et seront publiés dans les prochaines années.
2.4 Le concept de sécurité Toutes les actions visant à la sécurité d’un tunnel, aussi bien pour prévenir les accidents que pour réduire leurs conséquences, peuvent être classées selon les catégories suivantes : • dispositifs de génie civil du tunnel : tous les ouvrages de génie civil qui
ont une influence sur la sécurité ou sont conçus pour améliorer la sécurité ;
• équipements du tunnel : tous les équipements, à l’intérieur ou à l’extérieur du tunnel, qui ont une influence sur la sécurité ou sont conçus pour améliorer la sécurité ;
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A tunnel risk analysis includes the risks of fatalities, injuries in conjunction with the use of the tunnel, including third-party injuries (i.e. persons who are not directly using the tunnel when the accident occurs), risks associated with damage to the structure such as effects on structural integrity and durability, and risks to health and the environment. The evaluation of the consequences of breakdowns, structural damage and negative environmental impact, if significant, can also include the costs that will result from the disruption in traffic flow, replacement costs, third-party costs, such as damage to other structures, and the cost of losses in production. Events such as the following may be taken into consideration: • road accidents; • vehicle fires; • accidents due to the transportation of hazardous goods; • adjacent building and structure fires; • collapse of the tunnel structure or part of it; • interruption of safety functions such as lighting, ventilation, signal
systems; • effect of external accidents and events. The input data used for a risk analysis may include accident statistics, accident frequency ratios, and costs of accidents. The input data, reference objects and calculation models should always be carefully selected and properly documented. In a road tunnel risk analysis, it is essential that the specific relationship between road geometrical design, accident statistics, and user behaviour be treated in a proper way. More work on risk analyses is being performed by the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation and will be published in the next years.
2.4 The Safety Concept All actions aimed at tunnel safety, both for prevention of accidents and mitigation of consequences, can be classified in the following categories: • tunnel structural facilities: all civil engineering works that have influence
on safety or are designed in order to improve safety;
• tunnel equipment: all equipment inside or outside of the tunnel that has influence on safety or is designed to improve safety;
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• entretien, exploitation, vérification du respect des règles de circulation, gestion des urgences : toutes les mesures techniques et d’exploitation ou les ressources humaines qui ont une influence sur la sécurité ou sont prévues pour améliorer la sécurité ;
• comportement humain des usagers du tunnel.
Chaque mesure prise a pour but de réduire le risque global. La « gestion des urgences » est un moyen de gérer les risques résiduels qui, pour des raisons techniques, fonctionnelles et/ou économiques, ne peuvent être résolus de façon différente. Le schéma suivant en précise le processus.
Figure 2.4 - Risques résiduels
Planifier la sécurité dans les procédures de projet, de construction et d’exploitation des tunnels routiers a pour but de trouver un équilibre entre des niveaux optimaux de sécurité et des coûts de construction et d’exploitation raisonnables. Cet objectif doit couvrir à la fois l’exploitation ordinaire et les interventions planifiées en réponse aux incidents sortant du quotidien.
Avant de commencer tout projet, il est nécessaire de décider ce que l’on demande au produit final. Dans le cas des tunnels routiers, de telles décisions ne peuvent pas être prises sans que soit considéré le reste du réseau routier et les équipements afférents.
La réponse aux questions de sécurité se trouve donc parfois englobée dans un objectif tel que « le tunnel doit être au moins aussi sûr que le reste du réseau routier », comme il a été dit au début de ce chapitre. Ce but est normalement atteint dans les tunnels (par exemple les tunnels norvégiens), et en fait on peut constater que les taux d’accidents sont plus faibles dans les tunnels de grande longueur que sur les routes à l’air libre.
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• maintenance, operation, enforcement, emergency management: all technical and operational measures or human resources that have influence on safety or are forecast to improve safety;
• human behaviour of tunnel users.
Each measure taken is aimed at reducing the overall risk. “Emergency handling” is a way to manage the residual risk that, for technical, functional and/or economical reasons cannot be solved in a different way. The following scheme outlines the process.
Figure 2.4 - Residual risk
The aim of safety planning in the design, construction and operating procedures of road tunnels is to find the balance between optimal safety standards and reasonable construction and operation costs. This aim must cover both routine operation and planned responses to non-routine incidents.
Before beginning any design, it is necessary to decide what is required of the finished product. In the case of road tunnels, such decisions cannot be made without considering the rest of the road system and relevant facilities.
Accordingly, the answer to the question of safety is sometimes encapsulated in an aim such as "the tunnel should be at least as safe as the rest of the road system", as mentioned in the beginning of this section. This aim is normally achieved in tunnels (e.g. the Norwegian tunnels), and in fact accident rates lower than those on the open road can be found in longer tunnels.
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Toutefois, ramener le niveau de risque en cas d’accident grave à l’intérieur d’un tunnel à celui d’une route à l’air libre n’est pas facilement réalisable. L’approche mentionnée ci-dessus présente l’avantage d’être quantifiable, au moins aux yeux de celui qui analyse les risques. Elle permet aux projeteurs et aux exploitants d’évaluer les priorités et invite à considérer le tunnel comme partie intégrante d’un réseau plus vaste, et non comme une simple entité isolée. Elle néglige cependant l’une des contraintes pratiques les plus importantes – l’argent. Elle place également la sécurité à l’écart d’autres questions importantes, comme les avantages et/ou les inconvénients résultant de la présence d’un tunnel. Cette même approche peut viser un objectif plus élevé : on peut désirer que les accidents soient ramenés à un niveau inférieur à celui de routes comparables à l’air libre. L’équilibre n’est pas facile à établir, mais, dans tous les cas, il doit être basé sur une comparaison des coûts et de l’efficacité des mesures. En outre, la quantification des risques est loin d’être une science exacte. Par exemple, il n’existe aucune comparaison satisfaisante entre 50 accidents entraînant chacun un mort et un accident impliquant 50 morts. Cela résulte de la perception commune des événements dans le monde réel, tels qu’ils sont rapportés par les média. Le concept de sécurité dans un tunnel routier doit prendre en compte ce fait. En outre, les modèles disponibles pour quantifier les probabilités et les conséquences des accidents comportent de fortes incertitudes, dues par exemple au caractère limité des données existantes sur les accidents graves. Une approche alternative, que certaines autorités préfèrent, est connue sous l’acronyme de « ALARP » (As Low As Reasonably Practicable). Dans cette approche, le but est de garantir que les risques sont « aussi faibles qu’il est raisonnable en pratique », le mot-clé étant « raisonnable ». L’interprétation de “raisonnable en pratique » dépend inévitablement du point de vue de la personne qui opère ce jugement (exploitant, usager, juriste, etc.). Une telle approche est limitée par le fait qu’une analyse coût/bénéfice n’est jamais favorable si l’on compare les investissements en tunnel et les autres investissements à l’air libre. D’autres autorités se réfèrent à des règles de conception plus ou moins descriptives, et exigent que tout projet de tunnel ait un niveau de sécurité équivalent ou supérieur à ce qui résulterait de la stricte application de ces règles. En tout état de cause, la sécurité ne consiste pas à adopter simplement toutes les mesures de sécurité possibles mais est la conséquence d’un équilibre judicieux entre les facteurs de risques prévus et les meilleures mesures « raisonnablement » possibles.
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However, to bring the level of risk in the case of a major accident inside a tunnel to that of the open road is not easily achievable. The above-mentioned approach has the advantage of being quantifiable, at least in the eyes of the risk analyst. It enables designers and operators to assess priorities and encourages the consideration of the tunnel as part of a wider network, and not as a single, isolated entity. However, it neglects one of the most influential, real-world constraints -- money. It also separates safety from other important issues such as benefits and/or disadvantages arising from the existence of the tunnel. With the same approach the target can be higher: accidents can be targeted to a reduced percentage of the outside level on comparable roads. The equilibrium is not easy to find, but in any case has to be found on a cost/effectiveness basis. Furthermore, the quantification of risk is far from being an exact science. For example, there is no satisfactory comparison between 50 incidents involving one death and one incident involving 50 deaths. This is a consequence of the common perception of events in the actual world as portrayed by the media. The safety concept for a road tunnel must take this fact into account. Additionally, the available models for quantifying accident probabilities and consequences have large uncertainties, e.g. due to a limited database for large accidents. An alternative approach, preferred by some regulatory authorities, is known by the acronym “ALARP”. In this approach, the aim is to ensure that risks are “As Low As Reasonably Practicable", the key operative word being “reasonably”. The interpretation of “reasonably practicable” inevitably depends on the point of view of the person making the judgment (operator, user, lawyer, etc.). Such an approach is limited by the fact that a cost/benefit analysis will never be positive if comparing investments in tunnel with other investments in the open air. Other authorities refer to more or less prescriptive guidelines, and require that any tunnel design has a safety level equivalent to or higher than what would result from the strict application of the guidelines. In any case, safety is not the simple adoption of all possible countermeasures for safety, but is the consequence of an adequate balance between the forecast risk factors and the “reasonably” best possible countermeasures.
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3 ENSEIGNEMENTS TIRÉS DES INCENDIES RÉCENTS EN TUNNEL
3.1 Introduction Les tunnels du Mont-blanc, des Tauern et du Saint Gothard sont des tunnels routiers transalpins dans lesquels des incendies très graves se sont produits au cours des dernières années. Le 24 mars 1999, un incendie de grande ampleur s’est déclenché au milieu du tunnel du Mont-Blanc, à la suite de l’inflammation spontanée d’un poids lourd (PL) transportant de la margarine et de la farine. Le feu initial sur le PL a grossi et s’est transformé en l’incendie le plus grave de toute l’histoire des tunnels transalpins, causant la mort de 39 personnes et des dommages sévères aux équipements du tunnel et à une partie de son revêtement en béton, ainsi que quelques dommages très locaux sur la dalle en béton au-dessous de la chaussée. Deux mois plus tard, le 29 mai 1999, un autre incendie grave s’est produit dans le tunnel des Tauern. Il a résulté de la collision avant-arrière de plusieurs véhicules incluant un poids lourd transportant des bidons de peinture. L’incendie a fait 12 victimes, dont huit sont mortes dans la collision proprement dite. Le 24 octobre 2001, une collision frontale entre deux PL a provoqué un grave incendie dans le tunnel du St. Gothard, causant la mort de 11 personnes. Ces trois tunnels sont bidirectionnels et possèdent une ventilation transversale ou semi-transversale. Dans les trois accidents, le feu a pris une grande ampleur. Cependant, les résultats en termes de victimes et d’étendue des dommages matériels ont été plus sévères dans le cas du Mont-Blanc. Le présent chapitre se propose d’étudier les circonstances de ces différents événements afin de mieux expliquer pourquoi l’incendie du tunnel du Mont-Blanc, celui du tunnel des Tauern et celui du tunnel du St. Gothard ont eu des niveaux de conséquences différents. Il se divise en trois parties. Le premier sous-chapitre compare les tunnels en termes de géométrie, de trafic, d’équipements de sécurité et d’exploitation. Le deuxième examine les actions menées face à ces incendies, la gestion des exploitants des tunnels et des équipes de secours, ainsi que le comportement des usagers. Le troisième sous-chapitre présente une discussion et une analyse de ce qui était comparable et de ce qui était différent dans les trois incendies, pour en déduire quelques points-clés expliquant les différences dans les conséquences.
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3 LESSONS LEARNED FROM RECENT TUNNEL FIRES
3.1 Introduction The Mont-Blanc, the Tauern and the St. Gotthard Tunnels are transalpine road tunnels in which major fires have occurred in recent years. On March 24, 1999, a large fire occurred in the middle of the Mont Blanc Tunnel, after the spontaneous ignition of a heavy goods vehicle (HGV) transporting margarine and flour. The initial HGV fire grew and became the most severe tunnel fire in the history of transalpine tunnels, claiming the lives of 39 people and causing serious damage to the tunnel equipment and part of the concrete lining, and some very local damage on the concrete slab below the pavement. Two months later (on May 29, 1999), another serious fire occurred in the Tauern Tunnel. It was caused by a front-rear collision between several vehicles including an HGV transporting paint canisters. This fire claimed 12 victims, including eight who died in the collision itself. On October 24, 2001, a frontal collision between two HGVs caused a major fire in the St. Gotthard Tunnel and claimed the lives of 11 people. These three tunnels are bi-directional and transversely or semi-transversely ventilated. In all three accidents, the fires grew to be very large. However, the results of the fires in terms of the number of victims and the extent of material loss were most serious in the case of the Mont Blanc Tunnel. This section explores the circumstances at different instances in an attempt to better explain why the Mont Blanc Tunnel fire, the Tauern Tunnel fire and the St. Gotthard Tunnel fire led to differing levels of catastrophe. This section is separated into three subsections. The first subsection compares the tunnels in terms of geometry, traffic, safety facilities, and operation. The second subsection considers the response to the fires, management by the tunnel operators and fire rescue forces, as well as the behaviour of the users. The third subsection discusses and analyses what was comparable and what was different in the three fires, to extract some key points to explain the differences in the consequences of the three fires.
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Le tunnel du Mont-Blanc est bi-national et se situe en partie en France et en partie en Italie. Il a été construit, financé et exploité en coordination par une société française et une société italienne. Le tunnel du Mont-Blanc était, et est toujours, sous le contrôle d’une commission inter-gouvernementale franco-italienne, qui fixe les normes à appliquer. Le tunnel du St. Gothard se situe entièrement en Suisse, mais à la frontière entre deux cantons. Le tunnel des Tauern se situe entièrement en Autriche. Ces deux tunnels doivent se conformer aux règles de leur pays respectif. Le tunnel du St. Gothard est exploité à tour de rôle par deux équipes d’exploitation appartenant à chacun des deux cantons, une seule étant en fonction à un moment donné. Le tunnel des Tauern est exploité par une seule équipe d’exploitation. Le présent chapitre fait référence aux installations et systèmes existant avant les incendies et ne reflète pas les améliorations qui ont eu lieu après. Une grande partie des informations utilisées pour rédiger ce chapitre se trouvent dans les références [8] à [14].
3.2 Description des tunnels du Mont-Blanc, des Tauern et du St. Gothard Les descriptions données ci-dessous, bien qu’étant exprimées au présent, font référence aux propriétés et caractéristiques des tunnels avant les incendies décrits dans le sous-chapitre 3.3.
3.2.1 Géométrie Les tunnels du Mont Blanc, des Tauern et du St. Gothard sont tous les trois des mono-tubes. Le tunnel du Mont-Blanc était en son temps le plus long tunnel routier au monde. Il a été mis en service en juillet 1965. Le tunnel des Tauern a été ouvert en 1975, celui du St. Gothard en 1980. Le tunnel du St. Gothard est le plus long (16 920 m), suivi par le tunnel du Mont Blanc et le tunnel des Tauern (11 600 m et 6 400 m respectivement). Le Tauern présente une rampe uniforme de 1,5 % de la tête nord à la tête sud. Les tunnels du Mont Blanc et du St. Gothard présentent quant à eux des points hauts à peu près au milieu du tunnel (voir Figure 3.1). Les têtes sont à peu près à la même altitude, 1 200 m environ. La rampe maximale est de 1,4 % dans le St. Gothard Tunnel et de 2,4 % dans le Mont Blanc. Les trois tunnels ont des sections transversales différentes. Le Mont Blanc a une section en voûte, avec des galeries de ventilation situées sous la chaussée. Dans le Tauern et le St. Gothard, un faux-plafond horizontal sépare l’espace de circulation des gaines de ventilation situées au-dessus, comme montré par la Figure 3.2. La chaussée a une largeur de 7,8 m dans le tunnel du St. Gothard, 7,5 m dans le tunnel des Tauern, et 7,0 m dans le tunnel du Mont Blanc.
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Mont Blanc Tunnel is a bi-national tunnel located partly in France and partly in Italy. It was built, financed and operated in coordination by one French company and one Italian company. Mont Blanc Tunnel was and still is under the overview control of a French-Italian Intergovernmental Committee that fixes the standards to be applied. St. Gotthard Tunnel is fully located in Switzerland, however, on the borderline between two regions. The Tauern Tunnel is fully located in Austria. Both of these tunnels have to comply with the regulations of their country. The St. Gotthard Tunnel is operated in turns by two operating teams from the two regions, only one being on control at any given time. The Tauern Tunnel is operated by a unique operating team. References to facilities and systems in this section are to the facts before the fires, and do not reflect subsequent refurbishment of the tunnels. A large part of the information used to write this section was found in references [8] through [14].
3.2 Description of the Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels The following descriptions, while expressed in the present tense, refer to the tunnel’s properties and characteristics before the fire incidents described in Subsection 3.3.
3.2.1 Geometry The Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels are all mono-tube. Mont Blanc Tunnel was the first long road tunnel built in the world. It was opened to service in July 1965. The Tauern Tunnel was opened to service in 1975, and the St. Gotthard Tunnel in 1980. The St. Gotthard Tunnel is the longest one (16,920 m), followed by the Mont Blanc Tunnel and the Tauern Tunnel (11,600 m and 6,400 m, respectively). The Tauern presents a 1.5% uniform slope from the north to the south portal. In the Mont Blanc and St. Gotthard Tunnels, there are high points in the longitudinal tunnel profiles, located approximately at the middle of the tunnels (see Figure 3.1). The portal elevations are of the same order, about 1,200 m above the sea level. The maximum slope gradient is 1.4% in the St. Gotthard Tunnel and 2.4% in the Mont Blanc Tunnel. The transverse cross-sectional shapes are different in the three tunnels. The Mont Blanc Tunnel has a vaulted cross section, with ventilation ducts located under the road. In both the Tauern and St. Gotthard Tunnels, a horizontal intermediate ceiling separates the circulation room from the ventilation ducts located above, as shown in Figure 3.2. The road pavement is 7.8 m wide in the St. Gotthard Tunnel, 7.5 m wide in the Tauern Tunnel, and 7.0 m wide in the Mont Blanc Tunnel.
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Figure 3.1 - Profils en long / Longitudinal profiles
Dans le Mont Blanc, des garages sont situés tous les 300 m en quinconce des deux côtés de la chaussée et numérotés de 1 à 36 de la France vers l’Italie. En face de chacun d’eux, une galerie de retournement permet aux PL de faire demi-tour. Dans le Tauern, les garages situés tous les 848 m permettent aussi aux PL de faire demi-tour. Dans le St. Gothard, l’espacement des garages varie entre 650 et 800 m.
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Tunnel du Mont-Blanc / Mont Blanc Tunnel
Tunnel du Tauern / Tauern Tunnel
Tunnel du Gothard / St. Gotthard Tunnel
Figure 3.2 - Sections transversales des tunnels / Tunnel cross sections
In the Mont Blanc Tunnel, lay-bys are located every 300 m alternating on each side of the carriageway and numbered 1 to 36 from France to Italy. In front of each one, a gallery makes it possible for HGVs to do U-turns. In the Tauern Tunnel, lay-bys located every 848 m also create the capacity for HGVs to execute U-turns. Lay-by spacing in the St. Gotthard Tunnel varies between 650 and 800 m.
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3.2.2 Trafic La circulation est bidirectionnelle dans les trois tunnels. Si l’on considère l’ensemble des véhicules, le trafic est deux fois plus élevé dans le Tauern que dans le Mont-Blanc (voir Tableau 3.1). Comme il s’agit de tunnels transalpins, un pourcentage important du trafic se compose de PL. La proportion de PL est beaucoup plus élevée dans le Mont Blanc que dans le Tauern (39 % contre 25 % du trafic total). Avant les accidents, les marchandises dangereuses étaient autorisées dans le Tauern, autorisées avec certaines restrictions dans le St. Gothard, et totalement interdites dans le Mont Blanc. L’interdiction du Mont-Blanc était appliquée par les autorités douanières avant que les camions pénètrent dans le tunnel.
Tableau 3.1 - Trafic moyen journalier annuel (TMJA) Mont-Blanc (1998)
Nombre de véhicules
Pourcentage du trafic total
Tauern (1998)
Nombre de véhicules
Pourcentage du trafic total
St. Gothard (2000)
Nombre de véhicules
Pourcentage du trafic total
Voitures et motos
3 267 60 Voitures et motos
10 416 74 84
Bus 78 1 Bus 200 1
Voitures, motos et bus
18 405
Camions 2 128 39 Camions 3 484 25 Camions 2 950 16 Tous véhicules
5 473 100 Tous véhicules
14 100 100 Tous véhicules
18 700 100
3.2.3 Capacités de ventilation
Les tunnels du St. Gothard, des Tauern et du Mont Blanc ont tous les trois une ventilation transversale ou semi-transversale. Les Figures 3.3 à 3.5 donnent les caractéristiques des différents systèmes de ventilation.
Figure 3.3 - Configuration de la ventilation du tunnel du Mont Blanc
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3.2.2 Traffic Traffic flow in all of the tunnels is bi-directional. Including all vehicles, the traffic is more than two times higher in the Tauern Tunnel than in the Mont Blanc Tunnel (see Table 3.1). Because they are all transalpine tunnels, a significant percentage of the traffic is made up of HGVs. The proportion of HGVs is much higher in the Mont Blanc than in the Tauern (39% versus 25% of the total traffic). Before the accidents, dangerous goods were allowed in the Tauern Tunnel, with some restrictions in the St. Gotthard Tunnel, and not at all in the Mont Blanc Tunnel. The Mont Blanc restriction was enforced by the custom authorities before trucks entered the tunnel.
Table 3.1 - Average annual daily traffic (AADT) Mont Blanc (1998)
Number of Vehicles
Percent of Total Traffic
Tauern (1998)
Number of Vehicles
Percent of Total Traffic
St. Gotthard (2000)
Number of Vehicles
Percent of Total Traffic
Cars and Motorbikes
3,267 60 Cars and Motorbikes
10,416 74
Buses 78 1 Buses 200 1
Cars, Motorbikes, and Buses
18,405 84
Lorries 2,128 39 Lorries 3,484 25 Lorries 2,950 16 All vehicles
5,473 100 All vehicles
14,100 100 All vehicles 18,700 100
3.2.3 Ventilation Capacities
The St. Gotthard, Tauern and Mont Blanc Tunnels are all transverse or semi-transverse ventilated. Figures 3.3 through 3.5 present outlines of the different ventilation systems.
Figure 3.3 - Ventilation configuration of the Mont Blanc Tunnel
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Le système de ventilation du tunnel du Mont Blanc comporte deux longueurs égales de tunnel de configuration identique – une moitié du côté français, l’autre moitié du côté italien. Quatre galeries d’air frais, numérotées de 1 à 4, partent de chaque tête, chacune d’elles desservant un quart (1 450 m) de la demi-longueur du tunnel (voir Figure 3.3). Chaque conduite peut fournir 75 m3/s d’air frais. Une cinquième conduite a été construite à l’origine pour extraire l’air pollué par les émissions des véhicules ainsi que les fumées en cas d’incendie (bien que ceci ne fût pas un critère de dimensionnement). Cette cinquième conduite a été transformée plus tard en conduite réversible utilisée soit pour augmenter le débit d’insufflation d’air frais, soit pour extraire les fumées en cas d’incendie. Du côté français, une certaine amélioration a été apportée pour concentrer l’extraction dans le premier, le deuxième ou le troisième tiers de la demi-longueur. Mais le flux d’air est réduit si l’extraction se produit sur une longueur limitée (c’est-à-dire extraction de 65-85 m3/s sur un seul tiers du demi-tunnel contre 150 m3/s pour la totalité du demi-tunnel, comme prévu dans le projet). Du côté italien, des registres motorisés ont été installés sur chaque bouche d’extraction en 1997 afin de concentrer l’extraction sur deux à quatre bouches, quelles qu’elles soient. Cela réduit également le flux d’extraction (70-90 m3/s sur quatre bouches). En mars 1999, cette installation était en phase de finalisation.
Figure 3.4 : Configuration de la ventilation du tunnel des Tauern /
Ventilation configuration of the Tauern Tunnel
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The Mont Blanc Tunnel ventilation system comprises two equal lengths of identically configured tunnel -- one half from the French side, the other half from the Italian side. Four supply air ducts, numbered from 1 to 4, start from each portal and each one serves one quarter (1,450 m) of the half-length of tunnel (see Figure 3.3). Each duct can supply 75 m3/s of fresh air. A fifth duct was originally built to extract the air polluted by the vehicle emissions as well as smoke in case of a fire (although this was not a design criterion). The fifth duct was later transformed to a reversible duct used to either improve the fresh air supply capacity or extract smoke in case of fire. On the French side, a relative upgrade made it easier to concentrate the extraction in any of the one-, two- or three-thirds of the half-length. However, the flow would be reduced if the exhaust took place in a limited length (i.e., 65-85 m3/s exhaust over a single third of the tunnel half as opposed to 150 m3/s for the whole half-tunnel as planned at tunnel design). On the Italian side, individual motorised dampers were installed at each exhaust opening in 1997 in order to enable exhaust concentration through any of two to four openings. This also reduced the exhaust flow (to 70-90 m3/s by four openings). During the month of March 1999, this installation was in the process of being finalised.
Figure 3.5 - Configuration de la ventilation du tunnel du St. Gothard / Ventilation configuration of the St. Gotthard Tunnel
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Le système de ventilation du tunnel des Tauern se compose de quatre cantons de ventilation indépendants (voir Figure 3.4). Les cantons 1, 2 et 3 ont 1 500 m de long, et le canton 4 1 900 m. Les cantons 2 et 3 sont ventilés par un puits de 590 m, alors que les cantons 1 et 4 sont alimentés par des usines de ventilation aux têtes. Le débit maximal d’insufflation d’air frais (par km) est supérieur à deux fois celui du Mont Blanc (voir Tableau 3.2). Les débits d’extraction maximaux sont plus difficilement comparables, car il est possible de concentrer l’extraction dans le Mont Blanc. Cependant, pour un bouchon de fumée de 900 m de long entre les garages 19 et 21 (le premier incendie de PL a eu lieu au droit du garage 21), la capacité maximale d’extraction de fumée du Mont-Blanc est d’environ 50 m3/s, contre 103 m3/s pour un bouchon de fumée de même longueur dans le Tauern. Le système de ventilation du tunnel du St. Gothard se compose de six stations de ventilation et 10 cantons de ventilation, comme le montre la Figure 3.5. Les cantons de ventilation situés près des têtes sont ventilés à partir d’une usine à chaque tête. Les autres cantons sont ventilés par quatre puits. Comme dans le Tauern, l’extraction est uniforme sur chaque canton. Il n’existe aucun moyen de concentrer l’extraction sur une zone plus courte qu’un canton de ventilation.
Tableau 3.2 - Capacités maximales de ventilation Mont Blanc Tauern St. Gothard Capacité maximale d’apport d’air frais
600 m3/s (52 m3/s.km) sans utiliser les gaines réversibles comme gaines d’air frais 900 m3/s (77 m3/s.km) lorsque les gaines réversibles sont utilisées pour l’apport d’air frais
194 m3/s.km 125 – 130 m3/s.km
Capacité maximale d’extraction
300 m3/s (25.8 m3/s.km). Du côté français, l’extraction peut être concentrée sur un tiers de la moitié française. Du côté italien, l’extraction peut être concentrée sur n’importe lesquelles de deux à quatre bouches. Concentrer l’extraction conduit à réduire le débit à 30 à 50 % du débit maximal.
122 m3/s.km L’extraction est uniforme sur un canton de ventilation
125 – 130 m3/s.km L’extraction est uniforme sur un canton de ventilation
Alors que dans les tunnels du Mont Blanc et du St. Gothard, ce sont des bouches au bas des piédroits qui fournissent l’air frais, celles des Tauern sont placées en haut des piédroits, à l’angle du plafond. En cas d’incendie, on sait que l’apport d’air frais par des bouches en plafond gêne la stratification de la fumée. Les bouches du Mont-Blanc sont plus grandes que celles des Tauern et du St. Gothard (respectivement 1 m2, 0,2 m2 et 0,2 m2), mais elles sont plus espacées (tous les 300 m pour le Mont Blanc contre tous les 6 m dans le Tauern et tous les 16 m dans le St. Gothard).
3.2.4 Installations de sécurité dans les tunnels Le Tableau 3.3 résume les installations de sécurité disponibles dans les trois tunnels. Deux des différences les plus apparentes sont la présence d’abris pressurisés dans le tunnel du Mont-Blanc et une galerie de secours parallèle au tube de circulation dans le St. Gothard. Les systèmes de détection d’incendie dans les trois tunnels sont basés sur la mesure de l’élévation de la température de l’air.
PIARC . 65 . 05.16.B - 2006
The Tauern Tunnel’s ventilation system consists of four independent ventilation sections (see Figure 3.4). Sections 1, 2, and 3 are 1,500 m long and Section 4 is 1,900 m long. Sections 2 and 3 are ventilated through a 590-m-high shaft, whereas Sections 1 and 4 are supplied by ventilation plants at the portals. The Tauern Tunnel’s maximum fresh air supply rate (per km) is more than twice that of the Mont Blanc Tunnel (see Table 3.2). It is more difficult to compare the maximum extraction airflows because in the Mont Blanc Tunnel it is possible to concentrate the extraction. However, for a 900-m-long smoke plug located between Lay-bys 19 and 21 (the first HGV fire took place at Lay-by 21), the maximum smoke extraction capacity of the Mont Blanc Tunnel is about 50 m3/s, versus 103 m3/s for a same smoke plug length in the Tauern Tunnel. The ventilation system of the St. Gotthard Tunnel consists of six ventilation stations and 10 ventilation sections as shown in Figure 3.5. The ventilation sections next to the portals are ventilated from plants at each tunnel portal. The others sections are ventilated through four shafts. Similar to the Tauern Tunnel, the extraction in the St. Gotthard is uniform on each ventilation section. There is no means for concentrating the extraction on a zone shorter than a ventilation section.
Table 3.2 - Maximum ventilation capacities Mont Blanc Tauern St. Gotthard Maximum fresh air supply capacity
600 m3/s (52 m3/s.km) without using the reversible ducts as supply ducts. 900 m3/s (77 m3/s.km) when the reversible ducts are used as supply ducts.
194 m3/s.km 125 – 130 m3/s.km
Maximum extraction capacity
300 m3/s (25.8 m3/s.km). On the French side, extraction can be concentrated on a third of the half French part. On the Italian side extraction can be concentrated on any of two to four exhaust opening. Concentrated extraction leads to an extraction capacity 30% to 50% lower than the maximal capacity
122 m3/s.km Extraction is uniform on a ventilation section
125 – 130 m3/s.km Extraction is uniform on a ventilation section
Whereas in the Mont Blanc and St. Gotthard Tunnels the fresh air is supplied through inlets located at the bottom of the sidewalls, those of the Tauern Tunnel are placed at the top of the sidewall, at the edge of the ceiling. In case of a fire, supplying fresh air through openings in the ceiling is known to hinder smoke stratification. The Mont Blanc Tunnel exhaust openings are larger than those of the Tauern and St. Gotthard Tunnels (1 m2, 0.2 m2, and 0.2 m2, respectively), but are more widely spaced (every 300 m for the Mont Blanc Tunnel versus every 6 m in the Tauern Tunnel and every 16 m in the St. Gotthard Tunnel).
3.2.4 Safety Facilities in the Tunnels Safety facilities installed in the three tunnels are summarised in Table 3.3. Two of the most apparent differences are the presence of pressurised shelters in the Mont Blanc Tunnel, and an emergency gallery parallel to the traffic tube in the St. Gotthard Tunnel. The fire detections systems in the three tunnels are based on air temperature elevation measurement.
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Tableau 3.3 - Equipements de sécurité Mont Blanc Tauern St. Gothard Itinéraires d’évacuation– abris
Des abris alimentés en air frais et protégés du tunnel par une paroi coupe-feu 2 heures sont situés tous les 600 m. Pas d’itinéraire d’évacuation séparé.
Pas d’itinéraire d’évacuation séparé, sauf la sortie normale du tunnel.
Galerie de secours parallèle au tube de circulation. Cette galerie est ventilée et pressurisée en cas d’incendie. Des passages transversaux tous les 250 m raccordent le tunnel à la galerie de secours.
Niches de sécurité
Les niches de sécurité tous les 100 m comportent un bouton-poussoir d’alarme, un téléphone et deux extincteurs. Des niches distinctes tous les 150 m procurent l’alimentation en eau pour les pompiers
Les niches de sécurité tous les 212 m comportent un bouton-poussoir d’alarme, un téléphone et deux extincteurs. Des niches tous les 106 m procurent l’alimentation en eau pour les pompiers. Elles comportent un tuyau de 120 m, une buse à mousse et une réserve d’émulsifiant.
Les niches d’appel de secours tous les 125 m comportent un bouton-poussoir d’alarme, un téléphone et des extincteurs. Les raccordements au réseau hydraulique pour les pompiers sont tous les 125 m
Système de détection d’incendie
Deux systèmes de détection différents ont été installés dans les deux moitiés du tunnel. Sur le côté italien, le système est basé sur une détection de l’élévation de température sur la base d’une mesure de variation de pression d’un gaz dans des conduites de 70 m de long au niveau de la voûte. Sur le côté français, le système est le même que celui installé dans le tunnel des Tauern.
Le système de détection est basé sur un câble-capteur de température, avec des capteurs tous les 8 m, placés sous le faux-plafond, et consultés à tour de rôle par le système. Une alarme est déclenchée en cas d’élévation locale de la température par rapport à la température moyenne des capteurs adjacents ou si la température mesurée dépasse 50°C.
Systèmes de détection de fumée, de température, de gaz et visuel installés dans le tunnel. Le système de détection incendie est basé sur une détection de l’élévation de température. Capteurs tous les 25 m.
Feux de circulation
Aux entrées et tous les 1200 m à l’intérieur du tunnel.
Aux entrées et tous les 848 m à l’intérieur du tunnel
Tous les 250 m à l’intérieur du tunnel.
Caméras Tous les 300 m, écrans dans les centres de contrôle
Tous les 212 m, écrans dans le centre de contrôle
85 caméras vidéo (tous les 200 m), écrans dans les centres de contrôle
Radio communications
Le câble rayonnant servant à retransmettre la radio peut être utilisé pour relayer des messages aux usagers en cas d’urgence.
Au moyen du canal radio-trafic, des messages peuvent être envoyés dans le tunnel en cas d’urgence.
Entièrement FM, service radio et couverture GSM.
3.2.5 Exploitation des tunnels
Le tunnel des Tauern possède une seule salle de commande. Le tunnel du Mont-Blanc a une salle de commande à chaque tête, chacune étant responsable d’une moitié du tunnel. Le tunnel du St. Gothard a une salle de commande à chaque tête. Chaque salle de commande est utilisée en alternance, si bien qu’une seule salle de commande est en fonction à n’importe quel moment donné. Dans chacun des trois tunnels, la ou les salles de commande sont occupées 24 heures sur 24.
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Table 3.3 - Safety facilities Mont Blanc Tauern St. Gotthard Evacuation routes – shelters
Shelters supplied with fresh air and protected from the tunnel by a wall with a two-hour fire rating are located every 600 m. No separate evacuation route.
There were no separate evacuation routes except the normal way out of the tunnel.
There is an emergency gallery parallel to the circulation tube. This gallery is ventilated and pressurised in case of a fire. Cross passages located every 250 m in the tunnel connect the tunnel to the emergency gallery
Safety niches Emergency call niches every 100 m contain a fire alarm push button, a telephone and two fire extinguishers. Separate fire niches every 150 m provide water supply for fire fighters.
Emergency call niches every 212 m contain a fire alarm push button, a telephone, and 2 fire extinguishers. Fire niches every 106 m provide water supply for fire fighters. They contain a 120-m-long hose, a foam nozzle and a reserve of emulsifier.
Emergency call niches every 125 m contain a fire alarm push button, a telephone, and fire extinguishers. Fire brigade connections to the hydraulic system are every 125 m
Fire detection system
Two different fire detection systems were installed on the two tunnel halves. On the Italian side, the fire detection system was based on the temperature elevation detection based on the pressure variation measurement of a gas placed in 70 long ducts placed along the tunnel vault. On the French side, the fire detection system is the same as the system installed in the Tauern Tunnel.
The fire detection system was based on temperature sensor-cable with sensors every 8 m placed under the intermediate ceiling, which were sequentially called by the system. An alarm was generated in case of a local temperature elevation compared to the mean temperature of the adjacent sensors or in case of a measured temperature higher than 50°C.
Smoke, temperature, gases and visual detection systems installed in the tunnel. The fire detection system is based on temperature elevation detection. Sensors are placed every 25 m.
Traffic lights At portals and every 1,200 m inside the tunnel.
At portals and every 848 m inside the tunnel.
Every 250 m inside the tunnel.
Cameras Every 300 m, screened in the control centres.
Every 212 m, screened in the control centre.
85 video cameras (every 200 m), screened in the control centre
Radio communications
The radiating cable for radio channels rebroadcast can be used to relay some messages to the motorists during an emergency.
By means of traffic radio channel alarm messages can be sent into the tunnel during an emergency.
Full FM, service radio and GSm coverage.
3.2.5 Tunnel Operation
The Tauern Tunnel has one control centre. The Mont Blanc Tunnel has one control centre located at each portal, each responsible for one-half the tunnel. The St. Gotthard Tunnel has one control centre at each portal. Each control centre is used alternately, so at any given time only one control centre is in operation. In each of the three tunnels, the control centre(s) is (are) operated 24 hours per day.
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Aucun des tunnels, que ce soit le Mont-Blanc, le Tauern ou le Gothard, n’était équipé d’un système de détection automatique des incidents à l’époque des incendies. Pendant l’exploitation normale, la ventilation de chacun des trois tunnels est régulée en fonction des mesures de monoxyde de carbone (CO) et de visibilité. En cas d’incendie, les exploitants du Mont-Blanc doivent mettre en route l’extraction à sa capacité maximale et la concentrer dans la zone du foyer de l’incendie si celui-ci peut être localisé avec précision. Il en va de même pour le Tauern. Dans le St. Gothard, l’extraction est mise en route automatiquement conformément à des scénarios pré-programmés, en fonction de la localisation de l’incendie. Les procédures d’urgence concernant l’exploitation de l’air frais diffèrent. Dans le Tauern, les exploitants doivent interrompre l’alimentation en air frais dans le canton de ventilation où l’incendie s’est déclaré. Dans le St. Gothard, l’alimentation en air frais est automatiquement ramenée à 30 % de la capacité totale dans le canton de ventilation où s’est déclaré l’incendie. Dans le Mont-Blanc, les exploitants doivent fournir l’air frais à la capacité maximale dans le canton de ventilation de l’incendie. Ces procédures ne sont pas conformes au rapport AIPCR de 1999 [2] qui recommande, en cas d’incendie, de réduire l’injection d’air frais lorsque les bouches d’alimentation se situent près de la surface de la chaussée, et de la stopper lorsque les bouches sont au plafond. Dans les tunnels des Tauern et du St. Gothard, les systèmes de ventilation sont mis en route automatiquement par le biais de systèmes de détection d’incendie, alors que dans le Mont-Blanc la ventilation est mise en route manuellement. Le tunnel du Mont Blanc possède une équipe de secours privée à la tête française, composée d’un pompier privé et d’un motard, pour une intervention immédiate. Un véhicule de lutte contre l’incendie, équipé d’une citerne de 2 000 l d’eau, d’extincteurs et d’appareils respiratoires individuels, un camion-citerne de 600 l et une ambulance sont également disponibles à la tête française. Le plan de sécurité du Mont-Blanc est également basé sur l’intervention des brigades de pompiers basées à Chamonix (côté français) et Courmayeur (côté italien), à environ 6 km des têtes du tunnel. Le Tauern n’a pas d’équipe de secours privée, mais des brigades de pompiers bien entraînées sont disponibles à chaque tête. Le St. Gothard a une équipe de secours privée composée de quatre pompiers, présents 24 heures sur 24 à chaque tête, et de quatre véhicules de lutte contre l’incendie.
PIARC . 69 . 05.16.B - 2006
In all of the Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels, there was no automatic incident detection system in operation at the time of the incidents. During normal operation, the ventilation in each of the three tunnels is regulated by carbon monoxide (CO) and visibility measurements. In case of a fire, the operators of the Mont Blanc Tunnel are requested to activate the extraction to its maximum capacity, and to concentrate it in the fire zone if the fire can be precisely located. It is the same for the Tauern Tunnel. In the St. Gotthard Tunnel, the extraction is activated automatically following pre-programmed scenarios, depending on the fire location. The emergency procedures concerning the operation of the fresh air are different in the three tunnels. In the Tauern Tunnel, operators are requested to cut off the fresh air supply to the ventilation section where the fire has been located. In the St. Gotthard Tunnel, the fresh air is automatically reduced to 30% of the full capacity in the ventilation section where the fire is located. In the Mont Blanc Tunnel the operators are required to supply fresh air at maximum capacity in the ventilation section of the fire. These last procedures are not in accordance with the 1999 PIARC publication [2] that recommends, in the event of a fire, reducing the fresh airflow when the supply inlets are located near the road surface, and stopping it when the inlets are located in the ceiling. In the Tauern and the St. Gotthard Tunnels, the ventilation systems are automatically activated by means of the fire detection systems, whereas in the Mont Blanc Tunnel the ventilation is manually activated. The Mont Blanc Tunnel has a private rescue team at the French Portal for immediate intervention consisting of one private fire-fighter and a motorcyclist. A fire vehicle equipped with 2,000 l of water, extinguishers and individual breathing apparatus, a 600 l water tank lorry and an ambulance are also available at the French portal. The Mont Blanc Tunnel safety plan is also based on the intervention of the fire brigades from Chamonix (French side) and Courmayeur (Italian side) that are located approximately 6 km from the tunnel portals. The Tauern Tunnel has no private rescue forces, but well-trained communal fire brigades are at each portal. The St. Gotthard Tunnel has a private rescue team composed of four fire-fighters present 24 hours per day at each portal, and four fire-fighting vehicles.
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3.3 Les incendies et leur gestion
3.3.1 Conditions de trafic avant et après les alertes d’incendie Dans le Mont-Blanc, l’écoulement du trafic est fluide avant que l’alerte soit donnée. Dans le Tauern, les conditions de circulation sont inhabituelles. En raison de travaux de réparation sur 500 m à proximité de l’entrée nord, le trafic n’est possible que sur la voie en direction du nord (voir Figure 3.6). Des feux de circulation sont placés sur la voie en direction du nord à l’intérieur du tunnel à 630 m de l’entrée nord, pour alterner le trafic dans la zone des travaux. Sur la voie en direction du sud, on utilise les feux de circulation de la tête nord. En avant du chantier, la vitesse est limitée à 50 km/h et à 30 km/h le long du chantier. Le trafic est plus important dans le sens nord-sud que dans le sens sud-nord. Dans le tunnel du Gothard, la tête sud du tunnel était déjà fermée à la circulation au début de l’incendie en raison d’un PL qui dépassait la hauteur autorisée. Le trafic était fluide dans l’autre sens. Pour l’incendie dans le Mont-Blanc, le tunnel a été fermé au trafic trois minutes après le début de l’incendie. A la tête italienne, le tunnel a été fermé par des barrières, et du côté français par des feux rouges et des sirènes au poste de péage. Trois voitures ont pénétré dans le tunnel malgré ces alarmes. Dans le Tauern, le tunnel a été fermé trois minutes après l’alarme incendie par des feux rouges à l’entrée nord. Une queue de véhicules s’était déjà formée du côté nord à l’extérieur du tunnel. Pour l’incendie du St. Gothard, les exploitants ont déclenché la fermeture du tunnel cinq minutes après que l’incendie se soit déclaré. Au moment des incendies, les exploitants n’ont pas pu déterminer avec exactitude le nombre de véhicules et de personnes présents dans les tunnels. Le tableau 3.4 présente les informations recueillies au cours des enquêtes post-incident. Il y avait beaucoup plus de véhicules dans le Tauern et le St. Gothard que dans le Mont-Blanc lorsque les incendies se sont déclarés.
Tableau 3.4 - Nombre de véhicules présents dans les tunnels où ont eu lieu les incendies Mont Blanc Tauern St. Gothard Avant la fermeture du tunnel, 29 véhicules (16 PL, 9 voitures, 1 camionette et 1 moto) ont pénétré dans le tunnel par la tête française. Quatre PL ont doublé le PL en feu après qu’il s’est arrêté. Les 25 autres véhicules ont été piégés par la fumée, puis ont pris feu. Dans le même temps, des véhicules sont entrés par le côté italien. Certains d’entre eux ont croisé le PL en feu, 8 PL et quelques VL se sont arrêtés près du garage 22 parce qu’ils voyaient de la fumée devant eux. Les voitures ont pu faire demi-tour et sont sorties du tunnel. Les 8 PL ont ensuite pris feu.
Au moment de l’accident, il se trouvait environ 140 véhicules dans le tunnel. 70 véhicules environ ont pénétré dans le tunnel après l’accident, mais ne se sont pas approchés du foyer. 170 véhicules environ ont quitté le tunnel après l’accident. 24 voitures et 16 camions ont été pris dans l’incendie, y compris les 2 camions et 4 voitures impliqués dans l’accident d’origine.
23 véhicules, y compris 13 PL, ont été piégés sur le côté nord de l’accident. On estime à 30 à 35 les usagers qui ont pu s’échapper par la galerie de secours.
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3.3 The Fires and Their Management
3.3.1 Traffic Conditions Before and After the Fire Alarms In the Mont Blanc Tunnel, the traffic was free flowing before the fire alarm sounded. In the Tauern Tunnel, the traffic conditions before the accident were unusual. Due to repair work on a 500-m length of tunnel just inside the north portal, circulation was only possible on the north direction lane (see Figure 3.6). Traffic lights had been placed on the north direction lane inside the tunnel 630 m from the north portal to alternate circulation in the work area. For the south direction lane, traffic lights at the north portal were used. The speed limit in front of the construction site was 50 km/h and the speed limit along the work site was 30 km/h. The traffic was heavier in the southern direction than in the northern. In the St. Gotthard Tunnel, the south entrance of the tunnel was already closed to traffic at the beginning of the fire because of an HGV exceeding the allowed height. The traffic in the other direction was flowing. In the Mont Blanc fire, the tunnel was closed to traffic three minutes after the beginning of the fire. At the Italian portal, the tunnel was closed with barriers, and on the French side it was closed by red traffic signals and sirens at the toll. Three cars entered the tunnel despite these alarms. In the Tauern fire, the tunnel was closed three minutes after the fire alarm by red traffic lights at the north portal. A vehicle queue was already formed on the north side outside the tunnel. In the St. Gotthard Tunnel fire, the operators activated the closure of the tunnel five minutes after the beginning of the fire. At the time of the fires, the tunnel operators could not determine the precise number of vehicles and people present in the tunnels. Information learned during the post-incident investigations is presented in Table 3.4. There were many more vehicles in the Tauern and St. Gotthard Tunnels than in the Mont Blanc Tunnel at the beginning of the fires.
Table 3.4 - Number of vehicles present in the incident tunnels Mont-Blanc Tauern St. Gotthard Before the tunnel closed, 29 vehicles (16 HGVs, 9 cars, 1 pick-up van and 1 motorcycle) entered the tunnel through the French portal. Four HGVs passed the HGV on fire after it had stopped. The other 25 vehicles were trapped in the smoke and later caught in the fire. During the same time, vehicles also entered the tunnel from Italy. Some of them passed the burning HGV. 8 HGVs and several passenger cars stopped adjacent to Lay-by 22 because they saw smoke ahead. The passenger cars were all able to do U-turns and leave the tunnel. The 8 HGVs were later caught in the fire.
During the accident there were about 140 vehicles in the tunnel. About 70 vehicles entered the tunnel after the accident, but they did not come near the fire zone. About 170 vehicles left the tunnel after the accident. 24 cars and 16 lorries were caught in the fire, including the 2 lorries and 4 cars involved in the original accident.
23 vehicles, including 13 HGVs, were trapped on the northern side of the accident. The number of tunnel users that escaped through the emergency gallery is estimated at 30 to 35 people.
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3.3.2 Les incendies L’incendie du Mont-Blanc s’est déclaré au milieu du tunnel (à 6 550 m de la tête française et 5 050 m de la tête italienne), alors que celui des Tauern s’est produit à 800 m de la tête nord, et celui du St. Gothard à 1 100 m de la tête sud, comme le montre la Figure 3.6.
Figure 3.6 - Emplacement des incendies / Fire locations
L’origine du foyer initial est très différente dans les trois tunnels. Dans le Mont-Blanc, l’incendie a été provoqué par l’inflammation spontanée d’un PL. Dans le Tauern, il a pour origine une collision avant-arrière entre un PL et plusieurs véhicules, parmi lesquels un PL transportant des bidons de peinture. L’incendie du tunnel des Tauern s’est également propagé rapidement à d’autres véhicules, la collision ayant provoqué une fuite de carburant sur la chaussée. On ne connaît pas le temps qu’a mis le feu initial pour se propager à d’autres véhicules dans le Mont-Blanc. Dans l’incendie du Mont-Blanc, 34 véhicules dont 20 PL ont brûlé. Les distances entre les 15 PL incendiés sur le côté français variaient entre 3 et presque 45 m, sur une zone de 500 m, et les PL pénétrant par la tête côté Italie se trouvaient à plus de 290 m du PL à l’origine de l’incendie. Dans l’incendie du Tauern, 20 voitures et 14 PL ont brûlé. Dans celui du St. Gothard, 23 véhicules (13 PL et 10 voitures) ont été entièrement brûlés ou endommagés. Ils étaient situés sur une longueur de 550 m environ du côté nord du foyer.
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3.3.2 The Fires The Mont Blanc fire occurred almost in the middle of the tunnel (6,550 m from the French portal and 5,050 m from the Italian portal), whereas the Tauern fire took place 800 m away from its north portal, and the St. Gotthard fire took place 1,100 m from the south portal, as shown in Figure 3.6.
Figure 3.6 - Emplacement des incendies / Fire locations The origin of the initial fire is very different in the three tunnels. In the Mont Blanc Tunnel, the first fire was caused by the spontaneous ignition of an HGV’s cab. In the Tauern Tunnel, the origin of the fire was a front-rear collision between an HGV and several vehicles, among which was an HGV transporting lacquer tins. The Tauern Tunnel fire also propagated quickly to other vehicles, because the collision caused fuel to spill onto the roadway. The time for the initial fire to propagate to others vehicles in the Mont Blanc Tunnel fire is unknown. In the Mont Blanc fire, 34 vehicles including 20 HGVs burned. The distances between the 15 burnt HGVs on the French side varied from 3 to almost 45 m, over a stretch of about 500 m, and the HGVs that entered from Italy were located more than 290 m from the HGV that initiated the fire. In the Tauern fire, 20 cars and 14 HGVs burned. In the St. Gotthard fire, 23 vehicles (13 HGVs and 10 cars) were totally burned or damaged. They were located over a length of about 550 m on the northern side of the fire.
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Dans le tunnel du St. Gothard, l’incendie a été provoqué par la collision entre deux PL roulant en sens inverse. Le PL en direction du nord a d’abord heurté la paroi du tunnel sur le côté droit, puis s’est déporté sur la voie de circulation opposée, pour finalement heurter le piédroit gauche. Un PL arrivant en sens inverse a d’abord freiné, puis essayé de passer sur la voie opposée, sans pouvoir éviter la collision. Celle-ci a provoqué une fuite de carburant du réservoir de l’un des PL. Le carburant a été embrasé par un arc électrique entre la batterie et la masse du PL. Le feu s’est ensuite propagé très rapidement à l’autre PL. En l’espace de quatre minutes, les deux PL brûlaient. L’un d’eux transportait diverses marchandises, dont des rouleaux de pellicules photo, et l’autre des pneus. Les témoins ont déclaré que le feu s’est développé tellement rapidement qu’il ne pouvait pas être maîtrisé par des extincteurs à poudre. Les pneus, en brûlant, ont dégagé une fumée épaisse. Une partie du carburant en feu s’est répandue dans le réseau de collecte des liquides du tunnel. Les témoins ont déclaré avoir vu des flammes dans le collecteur, mais le feu ne s’est pas propagé dans les conduites au-delà du siphon. Les incendies du Mont-Blanc, du Tauern et du St. Gothard ont été maîtrisés respectivement après 53, 14 et 6 heures. La puissance thermique maximale a été estimée à 180 MW pour le Mont Blanc (en moyenne 75 à 100 MW), 120 MW pour le Tauern, et 120 à 200 MW pour le St. Gothard.
3.3.3 Gestion de l’incendie par les exploitants Détection de l’incendie Dans l’incendie du Mont-Blanc, la principale difficulté pour les exploitants a été de localiser le foyer. En fait, les systèmes de détection équipant les deux moitiés du tunnel n’ont pas donné d’informations utiles quant à l’endroit où l’incendie s’était déclaré. La fumée rendait également inutilisables les images des caméras. La première alerte a été donnée par les opacimètres qui ont rendu compte d’une opacité anormale résultant de l’émission d’une fumée blanche par un camion se déplaçant dans le tunnel (1 à 2 mn avant que le camion s’arrête au garage 21). L’alerte incendie a été donnée par un membre de l’équipe d’exploitation qui effectuait une patrouille de routine dans le tunnel. Le patrouilleur a informé la salle de commande de l’incendie et de son emplacement en utilisant le réseau de transmission radio interne. Le système de détection italien était en travaux d’entretien et ne pouvait donc pas détecter l’incendie. Le système de détection du côté français a donné l’alarme lorsque la chaleur, en se répandant, a atteint la partie française du tunnel, mais il était trop tard pour que l’alarme soit encore utile. Dans le tunnel des Tauern, le système de détection d’incendie a donné l’alarme avec l’emplacement précis du foyer dans les deux minutes après son déclenchement.
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In the St. Gotthard Tunnel, the fire was caused by the collision between two HGVs travelling in opposite directions. The HGV moving northward collided first with the tunnel wall on the right side, then deviated to the lane carrying opposing traffic, and then collided with the left sidewall. An HGV coming in the opposite direction first braked, then tried to move into the opposite lane, but could not avoid the collision. The collision caused a fuel spill from the tank of one of the HGVs. The fuel ignition was caused by an electric arc between the battery and the mass of the HGV. The fire then propagated very quickly to the other HGV. Within four minutes, the two HGVs were burning. One of the HGVs was transporting various goods, including photographic film rolls, and the other HGV was transporting tires. Witnesses attest that the fire developed so quickly that it could not be fought by powder extinguishers. The burning tires emitted dense smoke. The spilled fuel was partially collected by the liquid collection system in the tunnel. Witnesses report that flames were visible in the collector, but the fire did not propagate in the ducts after the siphon. The Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnel fires were under control after 53 hours, 14 hours and 6 hours respectively. The maximum heat release rate has been estimated at 180 MW for the Mont Blanc fire (average 75 to 100 MW), 120 MW for the Tauern fire, and 120 to 200 MW for the St. Gotthard fire.
3.3.3 Fire Management by the Operators Fire Detection In the Mont Blanc fire the main difficulty for the operators was to locate the fire. Indeed, the fire detection systems serving both tunnel halves did not provide useful information on the location of the fire. The smoke also rendered the camera images useless. The first alarm was given by tunnel opacimeters that announced an abnormal opacity resulting from the emission of white smoke by the lorry moving in the tunnel (1 to 2 min before the lorry stopped at Lay-by 21). The fire alarm was given by an operation team member performing routine patrol inside the tunnel. The patroller informed the control room of the fire and fire position using the internal radio transmission network. The Italian fire detection system was under maintenance, and therefore could not detect the fire. The fire detection system on the French side gave an alarm when the spreading heat reached the French part of the tunnel, but it was too late to be useful. In the Tauern Tunnel, the fire detection system gave an alarm with the precise fire location within 2 minutes of the incident.
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Dans le tunnel du St. Gothard, la première alerte a été donnée par un usager qui a appelé par le numéro de téléphone d’urgence (112) une minute après le déclenchement de l’incendie. Le système de détection a donné l’alarme dans les 3 minutes, avec l’emplacement précis du foyer. La fumée progressant vers le nord le long du tunnel, le système de détection a déclenché d’autres alarmes, qui ont activé le système d’extraction des fumées comme si plusieurs incendies s’étaient déclarés dans le tunnel. La conséquence en a été une augmentation de la vitesse de l’air en direction du nord. Fermeture du tunnel à la circulation Le tunnel du Mont-Blanc a été fermé 3 minutes après le début de l’incendie. Les exploitants ont dit que les feux à l’intérieur du tunnel sont également passés au rouge, mais il reste quelques doutes à ce sujet. Dans le St. Gothard, l’entrée sud du tunnel était déjà fermée à la circulation au début de l’incendie. L’entrée nord a été fermée cinq minutes après la collision des PL. Les feux de circulation à l’intérieur du tunnel sont passés en même temps au rouge, dans le sens nord et dans le sens sud. Mise en œuvre de la ventilation Dans l’incendie du Mont-blanc, les exploitants italiens n’ont pas suivi leurs procédures de ventilation d’urgence en cas d’incendie : la gaine réversible a été maintenue en mode soufflage au lieu d’être inversée en extraction. L’exploitant a dit qu’il avait agi ainsi délibérément, parce qu’il pensait que c’était le meilleur moyen de protéger de la fumée les personnes se trouvant sur le côté italien de l’incendie (ainsi qu’il pouvait le voir sur ses écrans). Du côté français, les procédures de ventilation d’urgence ont été appliquées. Mais elles ont conduit à une augmentation de la vitesse de l’air en direction de la tête française, car l’air frais était insufflé à pleine capacité. Cela a accéléré la propagation de la fumée en direction de la tête française. Après l’alerte incendie, la ventilation du tunnel des Tauern a été modifiée conformément aux procédures de ventilation d’urgence en cas d’incendie. Une seconde modification de la ventilation a été opérée 41 minutes après le déclenchement du feu pour sauver trois personnes piégées dans une niche de sécurité. Ces personnes étaient entourées par une fumée dense et se trouvaient en danger extrême d’asphyxie. La fumée a été repoussée loin d’elles ce qui a permis de les sauver et de mener une lutte efficace contre l’incendie à partir du sud. Pendant l’incendie du St. Gothard, les systèmes de ventilation ont fonctionné automatiquement. La procédure d’extraction des fumées de l’usine de ventilation d’Airolo (située à la tête Sud du tunnel) a été mise en route lorsque le système de détection le plus proche du foyer a déclenché l’alerte. La fumée se propageant vers le nord a ensuite déclenché d’autres alertes qui ont activé les systèmes d’extraction de fumée à partir des stations de Motto di Dendro et de Guspibach (stations intermédiaires). Cela a provoqué une augmentation de la vitesse longitudinale de l’air et intensifié la propagation des fumées vers le nord. La fumée s’est étendue sur 2 500 m.
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In the St. Gotthard Tunnel, the first alarm was given by a tunnel user who called the emergency phone number (112) one minute after the beginning of the fire. The tunnel fire detection system gave an alarm within 3 minutes, with the precise fire location. As the smoke progressed northward in the tunnel, the fire detection system gave further alarms, which activated the smoke extraction system as if several fires were occurring in the tunnel. The consequence of this was increased air velocity in the north direction. Tunnel Closing to Traffic The Mont Blanc Tunnel was closed to traffic 3 minutes after the beginning of the fire. The operators said that the signals inside the tunnel had also turned red, but there is some doubt surrounding this. In the St. Gotthard Tunnel, the south entrance of the tunnel was already closed to traffic at the beginning of the fire. The north entrance was closed to traffic five minutes after the HGV collision. At the same time, traffic lights inside the tunnel were changed to red in both the north and south directions. Ventilation Operation In the Mont Blanc Tunnel fire, Italian operators did not follow their fire emergency ventilation procedures: the reversible duct was maintained in supply mode instead of being turned to extraction. The operator said that he acted deliberately in this way because he believed it was the best way to protect the people on the Italian side of the fire from smoke (seen through his camera screens). On the French side, the fire emergency ventilation procedures were applied. However, these procedures led to an increase in air velocity toward the French portal because fresh air was being blown at full capacity. This accelerated the smoke propagation towards the French portal. After the fire alarm, ventilation in the Tauern Tunnel was modified according to the fire emergency ventilation procedures. A second modification in the ventilation was initiated 41 minutes after the fire beginning in order to save three people trapped in an emergency call niche. These people were surrounded by dense smoke and in extreme danger of suffocation. The smoke had to be forced away from them to save them and to allow effective fire fighting from the south. During the St. Gotthard fire, the ventilation systems were automatically operated. As the detection system nearest the fire alarmed, the smoke extraction procedure in the Airolo Ventilation Plant (South portal plant) was activated. After this, the smoke propagating northward generated further fire alarms, which activated the smoke extraction systems from the Motto di Dendro and Guspibach Ventilation Plants (intermediate interior plants). This increased the longitudinal air velocity and northward smoke propagation. The smoke progressed over a length of 2,500 m.
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Ce phénomène aurait pu être minimisé et l’extraction générale rendue plus efficace si toutes les stations de ventilation avaient été commandées de façon centralisée. Alerte des secours publics L’alerte des secours publics a eu lieu dans les salles de commande du Mont-Blanc 5 et 9 minutes après le déclenchement de l’incendie. Dans le cas du tunnel des Tauern, les secours ont été alertés dans les 3 minutes à partir du signal d’alarme du système de détection. Dans le St. Gothard, la première alerte a été donnée au Centre d’Urgence par un usager du tunnel, qui a composé le numéro d’urgence sur son portable. Information des usagers du tunnel Les exploitants du tunnel du Mont-Blanc ont lancé un message radio à destination des usagers 20 minutes après le début de l’incendie. C’est également ce qu’ont fait les exploitants du tunnel des Tauern. Dans le cas de l’incendie du St. Gothard, les messages radio ont été émis très rapidement, et en même temps les issues de secours sur le côté du tunnel ont été éclairées pour les signaler aux usagers afin qu’ils les utilisent.
3.3.4 Première intervention des équipes de secours Il a fallu respectivement 15 et 17 minutes aux services publics de secours pour atteindre la tête sud du tunnel des Tauern et la tête française du tunnel du Mont-Blanc. En ce qui concerne le Mont-Blanc, les secours publics ont été précédés des secours privés, qui sont entrés dans le tunnel à bord d’un véhicule incendie quatre minutes après l’alarme incendie. Dans les deux incendies, l’ensemble des forces de pompiers (y compris les secours privés du tunnel du Mont-Blanc) n’ont pas pu atteindre les foyers en raison de la densité des fumées. En fait, dans les deux cas, les pompiers parvenus dans le tunnel les premiers sont arrivés par le côté le plus enfumé. Dans le Tauern, un malentendu au sujet de l’emplacement du foyer a retardé l’arrivée des pompiers du côté nord du tunnel. Pendant l’incendie du tunnel des Tauern, il a été possible de repousser le bouchon de fumée en insufflant de l’air frais dans les cantons de ventilation éloignés du foyer. Cela a permis aux pompiers d’accéder à une niche qui abritait trois personnes et au foyer. Une personne a compté un maximum de 35 véhicules de secours et de 108 pompiers présents simultanément sur le site pendant l’incendie du Mont-Blanc. Pour le Tauern, il y eut sur le site 76 véhicules et 454 pompiers. Pour le St. Gothard, 350 personnes, 70 véhicules et 5 hélicoptères sont intervenus pendant les opérations de secours.
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This could have been minimised, and the overall smoke extraction operation could have been more efficient, if all of the ventilation plants were centrally controlled. Alert to Public Rescue Forces The public rescue forces were alerted by the Mont Blanc Control Centres 5 and 9 minutes after the fire’s beginning. In the Tauern fire, the rescue services were alarmed within 3 minutes of the fire detection alarm signal. In the St. Gotthard Tunnel, the first alarm was received by the Regional Central Emergency Centre from a tunnel user who called the emergency phone number with his portable phone. Information to Tunnel Users The Mont Blanc Tunnel operators gave a radio message to the tunnel users 20 minutes after the fire’s beginning. This was also done by the Tauern Tunnel operators. In the St. Gotthard fire, radio messages were sent very quickly, and at the same time the emergency exits on the side of the tunnel were highlighted to indicate to the tunnel users to use them.
3.3.4 First Response by Rescue Teams The public fire rescue forces needed 15 minutes and 17 minutes to reach the south portal of the Tauern Tunnel and the French portal of the Mont Blanc Tunnel, respectively. In the Mont Blanc Tunnel, the public fire rescue forces were preceded by private rescue forces that entered the tunnel aboard a fire vehicle four minutes after the fire alarm. In both fires, all of the fire rescue forces (even the private rescue forces at the Mont Blanc Tunnel) could not reach the fire locations due to the dense smoke. Indeed, in both fires, the fire-fighters first on the scene arrived on the smokiest sides of the tunnels. In the Tauern fire, a misunderstanding about the location of the fire led to the delayed arrival of fire-fighters at the north side of the tunnel. During the Tauern Tunnel fire, it was possible to push the smoke plug by blowing fresh air in the ventilation sections remote from the fire. This permitted the fire brigades access to the fire niche that was sheltering three people and to the fire. One person counted a maximum of 35 rescue vehicles and 108 fire-fighters simultaneously present on site during the Mont Blanc Tunnel fire. For the Tauern Tunnel fire, there were 76 vehicles and 454 fire-fighters on site. 350 people, 70 vehicles and five helicopters were involved in the rescue operations of the St. Gotthard fire.
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Dans l’incendie du St. Gothard, un employé de l’exploitant est entré par la tête sud à bord d’un véhicule de service avant les pompiers. Il est parvenu jusqu’à la niche 70, à 150 m au sud du foyer. L’incendie était déjà très développé et il n’était pas possible de le combattre avec des extincteurs. Les pompiers du tunnel sont arrivés quelques minutes plus tard par le même côté. Ils se trouvaient sur le site de l’incendie dans les dix minutes qui ont suivi l’alarme, ce qui est le plus court délai techniquement possible. Il était impossible d’intervenir à partir du nord en raison de la fumée et de la chaleur.
3.3.5 Environnement interne des tunnels pendant les incendies
Figure 3.7 - Progression des fumées pendant l’incendie du tunnel du Mont-blanc /
Smoke progress during the Mont Blanc fire Au cours de l’incendie du Mont-Blanc, la stratification des fumées ne s’est produite que sur le côté italien du foyer, où l’on a observé une remontée des fumées sur 100 m. Il y a bien eu une stratification des fumées pendant les 20 premières minutes de l'incendie dans le Tauern. Dans le St. Gothard, la visibilité s’est détériorée très rapidement sur le côté nord du foyer (en aval du foyer, en raison de la vitesse longitudinale de l’air dans le tunnel). Dans le Mont-Blanc, les fumées ont subi une très forte accélération en direction de la tête française, en raison de l’apport d’air frais à sa capacité maximale. Trente-cinq minutes après le début de l'incendie, la fumée sortait par la tête française du tunnel.
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In the St. Gotthard Tunnel, an employee from the operator entered the south side of the tunnel aboard a service vehicle before the fire-fighters. He reached Fire Niche 70, which was 150 m south of the fire. The fire was already very large and it was not possible to fight it with extinguishers. Fire-fighters from the tunnel arrived a few minutes later from the same side. They were at the fire site within ten minutes after the fire alarm, which is technically the shortest possible delay. Intervention from the north was not possible because of smoke and heat.
3.3.5 Environment in the Tunnels during the Fires
Figure 3.8 - Progression des fumées pendant l’incendie du tunnel des Tauern / Smoke progress during the Tauern fire
In the Mont Blanc fire, the smoke stratification only occurred on the Italian side of the fire, where a 100 m long backlayering condition was observed. Smoke stratification did occur during the first 20 minutes of the Tauern Tunnel fire. In the St. Gotthard fire, the visibility deteriorated very quickly on the north side of the fire (downstream from the fire according to the longitudinal velocity in the tunnel). In the Mont Blanc fire, the smoke accelerated very quickly towards the French portal due to the fresh air supply being operated at maximum capacity. Thirty-five minutes after the fire’s beginning, the smoke spilled out of the French portal.
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Dans les trois incendies, toutes les personnes piégées par la fumée sont mortes du fait de la toxicité des gaz plutôt que de la température élevée (à l’exception des personnes tuées dans la collision elle-même dans le tunnel des Tauern). Dans le St. Gothard, les enquêtes ont conclu que les victimes avaient été piégées par la fumée dans les 6 à 7 minutes après le déclenchement de l’incendie, et qu’elles sont certainement mortes dans les 12 à 15 minutes. Trois personnes qui avaient trouvé refuge dans une niche de sécurité pendant l’incendie du tunnel des Tauern ont été protégées partiellement de la fumée. Au cours de l’incendie du Tauern, la chaleur a fait exploser certains bidons de laque transportés par un PL. Cette explosion était de faible puissance et elle n’a pas eu de conséquence directe sur la sécurité des personnes se trouvant dans le tunnel. Mais elle a eu pour effet de déstratifier la fumée. Dans le St. Gothard, l’explosion due à la rupture du réservoir de l’un des PL a rempli le tunnel de vapeurs de gazole 30 minutes après le déclenchement de l’incendie.
3.3.6 Comportement des usagers On a constaté des différences fondamentales dans le comportement des usagers au cours des trois incendies. L’incendie du Mont-Blanc a été le premier à se produire, suivi de celui du tunnel des Tauern, puis de celui du St. Gothard. L’incendie du Mont-Blanc a tellement impressionné la communauté européenne que les usagers du tunnel des Tauern et du St. Gothard étaient fortement conscients du risque qu’il y avait à rester dans leurs voitures et de la nécessité de sortir du tunnel par leurs propres moyens. Dans l’incendie du Mont-Blanc, la plupart des victimes ont été retrouvées à l’intérieur ou près de leurs véhicules. Parmi les 38 personnes qui étaient dans le tunnel du Mont-Blanc au début de l’incendie et sont mortes dans l’incendie, 27 sont restées dans leurs véhicules, et neuf sont mortes à l’extérieur de ces véhicules. Parmi ces neuf dernières, un motocycliste et un conducteur de voiture sont morts dans un abri (abri n°20) situé près du foyer. Parmi les dix voitures bloquées derrière le camion en flammes, quatre ont essayé de faire demi-tour, mais se sont trouvées immobilisées pratiquement à leur point de départ. Les passagers n’ont pas pu atteindre les abris par leurs propres moyens. Dans le Tauern, 80 personnes ont quitté le tunnel soit à pied, soit à bord de leurs véhicules. Trois personnes ont trouvé refuge dans une niche à 700 m du foyer en direction de Villach. Elles étaient bloquées par les fumées denses et ont été secourues par les pompiers.
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In all three fires, all of the people trapped in the smoke died from gas toxicity rather than elevated temperature (except the people killed by the collision itself in the Tauern Tunnel). In the St. Gotthard Tunnel, the investigations concluded that the victims were trapped in the smoke within 6 to 7 minutes after the beginning of the fire, and certainly died within 12 to 15 minutes. Three people sheltered in an emergency call niche during the Tauern Tunnel fire were partially protected from the smoke. During the Tauern fire, some of the lacquer tins being transported by one HGV exploded due to heat. The blast from the explosion was low, and did not have any direct consequence on the safety of people in the tunnel. However, it did cause the smoke to destratify. In the St. Gotthard Tunnel, an explosion caused by the rupture of one of the HGV’s tanks filled with diesel oil vapours occurred 30 minutes after the fire’s beginning.
3.3.6 Users’ Behaviour There were fundamental differences in users’ behaviour during the three fires. The Mont Blanc Fire was the first fire to occur, followed by the Tauern Tunnel fire and then the St. Gotthard Tunnel fire. The fire in the Mont Blanc Tunnel so highly impressed the European community that the users of the Tauern and St. Gotthard tunnels were acutely aware of the risk of staying in their cars and of the need to self-evacuate. In the Mont Blanc Tunnel fire, most of victims were found inside or near their vehicles. Of the 38 people who were inside the tunnel at the beginning of the fire and died, 27 stayed in their vehicles, two took refuge in another vehicle, and nine died outside of their vehicles. Of these nine, a motorcyclist and a car driver died in a shelter (Number 20) located close to the fire zone. Among the ten passenger cars blocked behind the burning lorry, four tried to make U-turns but were practically immobilised at the starting point. They did not reach the shelters on their own. In the Tauern Tunnel, 80 people left the tunnel either on foot or onboard a vehicle. Three people took refuge in a safety niche 700 m from fire location in the direction of Villach. They were trapped by dense smoke and were rescued by fire-fighters.
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Parmi les 12 victimes de l’incendie du tunnel des Tauern, huit sont mortes à la suite de l’accident initial des véhicules. Trois autres victimes ont été trouvées dans un véhicule à environ 100 m au nord du point de déclenchement de l’incendie. Les enquêtes post-accident ont montré que ce véhicule appartenait à deux des personnes qui, pour une raison ou une autre, n’ont pas tenté de fuir, bien que de nombreuses autres autour d’elles le fissent. La troisième personne s’est apparemment enfuie de son véhicule, puis a tenté de revenir pour chercher des documents. Elle a fini pour trouver refuge avec les deux autres, et est morte avec elles. La dernière victime a été retrouvée à 800 m du foyer vers le sud (vers l’intérieur du tunnel). L’homme a apparemment été asphyxié alors qu’il essayait de fuir hors d’une niche de sécurité. Pour le tunnel du St. Gothard, on estime que 30 à 35 usagers se sont enfuis du tunnel par les issues de secours et la galerie de sécurité parallèle. Quelques personnes se sont également enfuies à pied par la tête sud. Quelques conducteurs ont utilisé les garages, alors que d’autres, circulant du sud vers le nord, ont fait demi-tour pour s’échapper par la tête sud. Dans l’incendie du St. Gothard, les deux conducteurs de PL impliqués dans la collision ont pu quitter leurs véhicules par leurs propres moyens. L’un d’eux n’a pas trouvé d’issue de secours, et a été retrouvé mort à 300 m de son véhicule. Les enquêtes médico-légales ont montré que son corps présentait des traces significatives d’alcool, ce qui peut expliquer que son PL se soit déporté de sa trajectoire juste avant l’accident. Il semble que les 10 autres victimes de l’incendie du St. Gothard étaient des personnes dont les véhicules étaient à une distance telle de l’incendie qu’elles ne pouvaient pas le voir (300 à 600 m). Au moment où elles ont vu la fumée, il leur restait très peu de temps pour réagir. Toutes ces victimes se trouvaient du côté nord de l’incendie. Cinq victimes ont été retrouvées dans leurs véhicules. Trois victimes ont marché sur plus de 200 m, ce qui est supérieur à la distance maximale théorique pour atteindre une issue de secours. Une victime a été retrouvée près d’une issue de secours, soit qu’elle n’ait pas vu la porte, soit qu’elle n’ait pas été capable de l’ouvrir. Dans ces trois incendies, les usagers n’ont pas pu combattre le feu avec des extincteurs à poudre, le feu étant trop important. Pour le Tauern et le St. Gothard, quelques usagers ont utilisé les téléphones de secours pendant leur fuite hors du tunnel. Les usagers piégés dans la niche de sécurité du tunnel des Tauern ont également téléphoné à la salle de commande. Les personnes présentes dans le Tauern connaissaient l’incendie du Mont-blanc, qui ne s’était produit que deux mois auparavant. Un autre élément favorable dans l’incendie du tunnel des Tauern était que l’entrée du tunnel se trouvait à 800 m « seulement » du foyer et que cette partie du tunnel est restée exempte de toute fumée pendant les quelques minutes qui ont suivi le déclenchement de l’incendie.
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Of the 12 victims of the Tauern Tunnel fire, eight died as a result of the initial motor vehicle accident. Three other victims were found in a vehicle that was nearly 100 m north of the ignition point. Post-incident investigations showed that the vehicle belonged to two of the people, who for some reason did not attempt to flee despite the many other people around them doing just that. The third person had apparently fled from his own vehicle, and then attempted to return in search of some documents. This person at last took refuge with the other two, and died with them. The last victim was found 800 m away from the fire toward the south (the interior of the tunnel). He apparently was asphyxiated as he tried to flee out of an emergency call niche. In the St. Gotthard Tunnel, one estimate is that 30 to 35 tunnel users escaped from the tunnel through emergency exits and the parallel emergency gallery. Some people also escaped on foot through the south portal. Some car drivers used the garages whereas others, circulating from south to north, made U-turns in their cars to escape through the south portal. In the St. Gotthard fire, the two HVG drivers involved in the collision could leave their vehicles on their own. One did not find an emergency exit, and was found dead 300 m away from his vehicle. Medico-legal enquiries showed that his body contained significant traces of alcohol, which might explain the trajectory deviation of his HGV in the tunnel just before the accident. It seems that the other 10 victims of the St. Gotthard fire were people whose vehicles were at such distances from the fire that they could not see it (300 to 600 m away). By the time they saw the smoke, the time to react was very short. All of these victims were on the northern side of the fire. Five victims were found in their vehicles. Three victims walked more than 200 m, which is greater than the theoretical maximum distance to reach an emergency exit. One victim was found next to an emergency exit, either not having seen the door or not being able to open it. In all three fires, tunnel users could not fight the fires with powder extinguishers because the fires were too large. In the Tauern and St. Gotthard fires, some users used the emergency phones during their flight out of the tunnel. The three users trapped in the Tauern emergency call niche also phoned the control centre. The people present in the Tauern Tunnel were aware of the earlier Mont Blanc incident, which had occurred only two months before. Another favourable element of the Tauern Tunnel fire was that the tunnel entrance was “only” 800 m away from the fire location, and that section of the tunnel was free of smoke in the first minutes after the fire began.
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3.3.7 Conséquences des catastrophes Le nombre total de morts pour le Mont-Blanc a été de 39, y compris un pompier. Douze personnes sont mortes dans l’incendie du tunnel des Tauern. L’incendie du St. Gothard a causé la mort de 11 personnes. Huit autres personnes ont été hospitalisées à cause de leur exposition à la fumée. Chacun des trois incendies a provoqué des dommages matériels très importants. On a pu observer des dommages graves sur des longueurs significatives de la voûte (plus de 900 m pour le Mont-Blanc et 500 m pour le Tauern), ainsi que sur la chaussée et les dalles. Dans le Tauern, le faux-plafond a été endommagé sur une longueur de près de 300 m. Les équipements du tunnel et le revêtement secondaire ont également été détruits ou gravement endommagés par les températures élevées et les produits de l’incendie sur des distances considérables dans les deux tunnels. Dans le St. Gothard, le faux-plafond s’est effondré sur une longueur d’environ 250 m dans la zone du foyer. On a constaté que le câble rayonnant situé dans la gaine d’air frais du St. Gothard a fonctionné correctement pendant l’incendie sur toute la longueur du tunnel, alors que les équipements installés dans l’espace de circulation ont dû être remplacés. Le tunnel du Mont-Blanc a été ré-ouvert au trafic en mars 2002, presque trois ans après la catastrophe. Il a été très largement rénové après environ une année de négociation entre la France et l’Italie sur les nouvelles normes à appliquer. Le coût des réparations et de la rénovation du tunnel du Mont-blanc s’est monté à 350 millions d’euros. Le tunnel des Tauern a été nettoyé et réparé en trois mois, avec des améliorations importantes concernant le système d’extraction qui permet maintenant de concentrer toute la capacité d’extraction sur la partie où l’incendie s’est déclaré. Le tunnel du St. Gothard a été fermé à la circulation pendant deux mois. Le coût direct associé aux réparations et à l’interruption du trafic s’est monté à environ 1,2 million d’euros. Le tunnel a été ré-ouvert avec une circulation alternée pour les PL. L’enquête légale a conclu que la seule partie responsable de l’incendie et de ses conséquences était le conducteur du PL qui avait provoqué l’accident. Comme il est mort dans cette catastrophe, aucune autre action n’a été engagée.
3.4 Premiers enseignements tirés de ces incendies Les trois tunnels sont tous bidirectionnels et pourvus d’une ventilation transversale. Parce que les incendies impliquaient des PL transportant des marchandises potentiellement dangereuses comme des bidons de laque et des pneus et qu’un nombre plus grand de personnes étaient présentes, les incendies du tunnel des Tauern et du St. Gothard étaient potentiellement plus dangereux (graves) que celui du Mont-blanc. La puissance thermique dégagée a rapidement atteint des valeurs de l’ordre de 50 à 100 MW.
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3.3.7 Results of the Catastrophes The total number of deaths in the Mont Blanc Tunnel was 39, including one fire-fighter. Twelve people died in the Tauern Tunnel fire. The St. Gotthard fire caused the death of 11 people. Eight more people were hospitalised for smoke exposure. Each of these three fires led to very significant material losses. Severe damage to significant lengths of the tunnel vaults were observed (over 900 m for the Mont Blanc Tunnel, and 500 m for the Tauern Tunnel), as well as to the roadway pavements and slabs. In the Tauern Tunnel, the intermediate ceiling was damaged over a length of nearly 300 m. Tunnel equipment and secondary lining was also destroyed or severely damaged by high temperatures and fire by-products over considerable distances in both tunnel fires. In the St. Gotthard Tunnel, the intermediate ceiling collapsed over a length of about 250 m in the fire zone. It was noted that the radiant cable located in the fresh air duct of the St. Gotthard Tunnel worked properly over the whole tunnel length during the fire, whereas all equipment located in the traffic space had to be replaced. The Mont Blanc Tunnel re-opened to traffic in March 2002, almost three years after the catastrophe. It was significantly renovated after about one year of negotiation between France and Italy on the new standards that would apply. The cost of repairing and renovating the Mont Blanc Tunnel was 350 million Euros. The Tauern Tunnel was cleaned and repaired within three months, including important improvements to the exhaust ventilation system that now make it possible to concentrate the whole exhaust capacity above the region of a fire. The St. Gotthard Tunnel was closed to traffic for two months. The direct cost associated with repairs and traffic interruption was 1.2 million Euros. It was reopened with alternate traffic for HGVs. The legal enquiry concluded that the only party responsible for the fire and its consequences was the HGV driver who caused the accident. As he died in the incident, no further action was taken.
3.4 Primary Lessons Learned from These Fires These three tunnels are all bi-directional and transverse ventilated. Because the fires involved HGVs transporting potentially dangerous goods like lacquer tins and tires, and because more people were present, the Tauern and St. Gotthard Tunnel fires were potentially more dangerous (serious) than the Mont Blanc one. The heat release rates quickly reached values on the order of 50 to 100 MW.
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Mais les conséquences de l’incendie du tunnel du Mont-Blanc ont été beaucoup plus sévères que les deux autres, en raison de différents facteurs. Tout d’abord, les usagers du tunnel des Tauern étaient au courant de la catastrophe qui s’était produite dans le Mont-blanc, et savaient donc qu’il fallait réagir correctement et s’enfuir. Une autre circonstance favorable pour ce scénario a été que l’incendie s’est déclenché assez près d’une entrée du tunnel. Dans l’incendie du St. Gothard, la galerie de sécurité a joué un rôle significatif dans l’évacuation. Dans le Mont-Blanc, l’incendie était situé presque au milieu du tunnel, rendant ainsi difficile aussi bien l’extraction des fumées que l’évacuation des usagers. En outre, l’existence de deux salles de commande séparées a compliqué les procédures opérationnelles. D’autres aspects ont certainement joué un rôle significatif. Le système de ventilation du tunnel des Tauern était beaucoup plus performant que celui du Mont-Blanc, et les pompiers mieux équipés. Des enseignements doivent être tirés de ces trois grands incendies. Le tableau ci-dessous présente les enseignements tirés de ces catastrophes et de leurs conséquences.
Tableau 3.5 - Enseignements tirés des incendies Evénement Conséquences Enseignements
L’INCENDIE LUI-MEME L’incendie progresse rapidement, même si la charge du PL n’était pas considérée comme marchandise dangereuse
- - - Difficile d’atteindre le foyer en raison de la fumée et de la chaleur - Les usagers ne peuvent pas éteindre le feu avec les extincteurs.
- Les incendies graves de PL peuvent se produire même avec des marchandises « non dangereuses » - Redéfinir la notion de « marchandises dangereuses » pour les tunnels routiers
EQUIPEMENTS DE SECURITE Détection rapide et précise du lieu de l’incendie
++ Optimisation de l’exploitation de la ventilation
Besoin de systèmes de détection incendie capables de localiser rapidement le foyer
Système de détection incendie en panne
- - Lieu de l’incendie inconnu Besoin de systèmes de détection incendie fiables capables de localiser rapidement le foyer
Première alarme donnée par les opacimètres et les détecteurs de fumée
+ Première alarme Les systèmes de détection incendie doivent comporter une détection des fumées en plus de la détection de l’élévation de température
2 personnes sont mortes dans un abri pressurisé à cause de la chaleur
- - 2 victimes Les abris pressurisés doivent être reliés à un itinéraire d’évacuation autre que le tunnel lui-même.
PIARC . 89 . 05.16.B - 2006
However, the consequences of the Mont Blanc Tunnel fire were much more serious than those of the other two fires due to various factors. First of all, the tunnel users in the Tauern fire were aware of the previous Mont Blanc catastrophe, giving them the knowledge to react properly and flee. Another favourable condition for this scenario was that the fire was located relatively close to a tunnel portal. In the St. Gotthard fire, the emergency gallery played a significant role in the evacuation. In the Mont Blanc Tunnel fire, the fire was located almost in the middle of the tunnel, making it unfavourable for both smoke extraction and user evacuation. Moreover, the two separated control centres complicated the tunnel operational procedures. Other aspects certainly played significant roles. The ventilation system of the Tauern Tunnel had much better performance than that of the Mont Blanc Tunnel, and the fire-fighters were better equipped. Lessons have to be learned from these major fires. The mains lessons drawn from the catastrophes and their consequences are presented in the following table.
Table 3.5 - Lessons Learned Event Consequences Lessons Learned THE FIRE ITSELF The fire grew rapidly, even if the lorry’s load was not considered as dangerous goods
- - - Difficult to reach the fire because of smoke and heat - Tunnel users could not extinguish the fire with extinguisher
- HGV serious fires can happen even with “non dangerous” goods - Redefine the notion of “dangerous goods” for road tunnels
SAFETY FACILITIES Fast and precise fire location detection
++ Optimisation of the ventilation operation
Need of fire detection systems able to locate rapidly the fire
Fire detection system out of work
- - Fire location unknown Need of reliable fire detection systems able to locate rapidly the fire
First alarm given by opacimeters and smoke detectors
+ Fast alarm Fire detection systems should include smoke detection in addition to temperature elevation detection
2 people died in a pressurised shelter because of heat
- - 2 victims Pressurised shelters must be related to an evacuation route that is not the tunnel itself
AIPCR . 90 . 05.16.B - 2006
Le câble rayonnant dans la gaine d’air frais a fonctionné correctement pendant toute la durée de l’incendie alors que les autres équipements installés dans l’espace de circulation étaient détruits.
++ La communication était possible pendant toutes les opérations de secours.
Placer les équipements sensibles à la chaleur dans une gaine d’air frais lorsque c’est possible.
Le système de recueil de liquides a fonctionné correctement.
++ Le carburant répandu a été évacué de la surface de la chaussée. On pouvait voir des flammes dans le collecteur, mais le feu ne s’est pas propagé dans les conduites après le siphon.
Les systèmes de recueil des liquides pourvus de siphons sont utiles.
INTERVENTION DES FORCES DE SECOURS Les premiers secours sont arrives par le côté le plus enfumé du tunnel.
- - Ne pouvaient pas atteindre le foyer
Besoin d’informer les pompiers de l’étendue du bouchon de fumée dans le tunnel
Incompréhension sur l’emplacement du foyer
- - Arrivée tardive au tunnel Besoin de former les pompiers
Les pompiers ont pénétré dans le tunnel avec un équipement inapproprié.
- - Les pompiers ont été piégés dans le tunnel. L’un d’eux est mort, et l’évacuation des autres a demandé plusieurs heures.
Besoin de former les pompiers. Une coopération est nécessaire entre les exploitants du tunnel et les pompiers pour informer ces derniers des conditions à l’intérieur du tunnel
Les pompiers ont atteint le foyer dans le laps de temps le plus court possible.
+ Même avec ce temps de réaction court, l’incendie était déjà suffisamment développé et difficile à combattre.
Dans le cas d’un incendie grave, les usagers doivent s’auto-évacuer dans un laps de temps très court.
COMPORTEMENT DES USAGERS Les usagers savaient comment fuir.
++ Moins de victimes Besoin d’informer les usagers sur le comportement à tenir
Les usagers sont restés dans leurs véhicules
- - Les victimes sont mortes asphyxiées par la fumée.
Besoin d’informer les usagers sur le comportement à tenir
3 usagers ont trouvé refuge dans une niche de sécurité
- - Ils ont peut-être pensé qu’ils étaient en sécurité alors que ce n’était pas le cas - Ils avaient besoin d’être secourus par les pompiers.
Les usagers doivent savoir que les niches de sécurité ne sont pas des lieux sécurisés. Il ne doit y avoir aucune confusion possible entre les niches de sécurité et les abris pressurisés ou les itinéraires d’évacuation.
Les usagers sont entrés dans le tunnel malgré le signal rouge et la sirène.
- - Plus de victimes Besoin d’informer les usagers sur le comportement à tenir
PIARC . 91 . 05.16.B - 2006
The radiant cable placed in the fresh air duct worked properly during the whole fire whereas other equipment in the traffic space was destroyed
++ Communication was possible during the entire rescue operation
Place heat-sensitive equipment in a fresh air duct whenever possible
The liquid-collecting system worked properly
++ The spilled fuel was evacuated from the road surface. Flames were visible in the collector, but the fire did not propagate in the ducts after the siphon
Liquid-collecting systems with siphons are useful
RESPONSE BY RESCUE FORCES First fire-fighters arrived from the most smoked tunnel side
- - Could not reach the fire Need to inform the fire-fighters on the extend of the smoke plug in the tunnel
Misunderstanding about the fire place
- - Arrived at the tunnel late Need to train the fire-fighters
Fire-fighters entered the tunnel with inappropriate equipment
- - Fire-fighters were trapped in the tunnel. One died, and the evacuation of the others needed several hours
Need to train the fire-fighters - Cooperation needed between the tunnel operators and the fire-fighters to inform them on the situation inside the tunnel
Fire-fighters reached the fire in the shortest time technically possible
+ Even with this short reaction time, the fire was already very large and difficult to fight
In the event of a large fire, users have to self-evacuate in a very short time period
USERS’ BEHAVIOUR Users had the knowledge to flee
++ Fewer victims Need to inform the users on the behaviour expected from them
Users stayed in their vehicles
- - Victims died asphyxiated in the smoke
Need to inform the users on the behaviour expected from them
3 users took refuge in an emergency call niche
- - Perhaps they though that they were in a safe area while it was not the case - Needed to be rescued by fire-fighters
Emergency call niches have to be identified by the tunnel users as non-safe areas. There must be no confusion possible between emergency call niches and pressurised shelters or evacuation routes.
Car drivers entered the tunnel in spite of the red signal and siren
- - More victims Need to inform the users on the behaviour expected from them
AIPCR . 92 . 05.16.B - 2006
Les usagers ont utilisé les sorties de secours
++ Moins de victimes Besoin d’informer les usagers sur le comportement à tenir en cas d’incendie
Les victimes étaient des conducteurs qui se sont arrêtés de 300 à 600 m de l’incendie, apparemment parce qu’ils ne pouvaient pas voir le feu.
- - Lorsque ces usagers ont vu la fumée, le temps de réaction restant pour atteindre les sorties de secours était très court.
On aurait dû dire aux usagers qu’en cas d’un arrêt du trafic dans le tunnel, sans information sur ce qui se passait, ils devaient quitter leurs véhicules pour rejoindre les sorties de secours ou les abris.
EXPLOITATION DU TUNNEL Deux centres de contrôle distincts, chacun exploitant une moitié du tunnel
- - - Manque de coordination entre les opérateurs des deux centres - Complexité de l’exploitation de la ventilation de secours et de la communication avec les secours
Un seul centre de contrôle aurait dû exploiter le tunnel
Apport d’air frais à pleine capacité (à partir du bas)
- - - A accéléré la vitesse de la fumée vers les entrées - Bouchon de fumée plus long
- Réduire l’apport d’air frais si la vitesse longitudinale n’est pas maîtrisée - Les modes de ventilation doivent être vérifiés périodiquement à la lumière des recommandations existantes.
L’apport d’air frais à partir du plafond s’est arrêté après l’alarme incendie
++ A permis la stratification des fumées dans les minutes qui ont suivi l’incendie
L’apport d’air frais doit être réduit dans la zone du foyer pour favoriser la stratification des fumées
Les procédures de ventilation n’ont pas été suivies (soufflage au lieu d’extraction)
- - Pas d’extraction de fumée dans la zone du foyer - Le soufflage à partir du plafond a contribué à déstratifier les fumées
Besoin de former les exploitants du tunnel à réagir en cas de situation d’urgence
Une queue de véhicules s’est formée à l’arrière du foyer.
- - - Beaucoup d’usagers dans la zone dangereuse - Le feu s’est transmis à d’autres véhicules
- La distance de sécurité en cas d’incendie doit être respectée lorsque les véhicules ont à s’arrêter dans un tunnel. Besoin d’informer les usagers. - Des barrières doivent être installées dans les tunnels longs pour éviter l’accumulation des véhicules dans les zones dangereuses.
Le tunnel a été fermé rapidement à la circulation (3 min après le déclenchement de l’incendie)
++ - A limité le nombre de personnes présentes dan le tunnel
- Les usagers doivent être éduqués - Utiliser des barrières physiques au lieu des feux de circulation pour fermer le tunnel
Les opérateurs ne pouvaient pas savoir combien de personnes étaient présentes dans le tunnel au moment du déclenchement de l’incendie et après
- Compter les véhicules entrant et sortant ?
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Users used the emergency exits
++ Fewer victims Need to inform users on the behaviour expected in case of a fire
The victims were drivers who stopped in the tunnel 300 to 600 m away from the fire, apparently because they could not see the fire
- - As these tunnel users saw the smoke, the reaction time to reach the emergency exits was very short
The tunnel users should be told that in case of a traffic stop in a tunnel with no information on what is happening, they must leave their vehicles to reach emergency exits or shelters
TUNNEL OPERATION Two separated control centres, each operating one-half of the tunnel
- - - Lack of coordination between the tunnel operators of the two centres - Complicated emergency ventilation operation and communication with rescue forces
Only one control centre should be operating the tunnel
Fresh air supply at full capacity (from the bottom)
- - - Accelerated the smoke velocity towards the portals - Longer smoke plug
- Reduce fresh air supply if the longitudinal velocity is not controlled - Ventilation procedures have to be checked periodically in the light of available recommendations.
Fresh air supply from the ceiling stopped after the fire alarm
++ Permitted smoke stratification in the minutes following the fire
Fresh air supply must be reduced in the fire zone to favour the smoke stratification
Ventilation procedures were not followed (blowing instead of extraction)
- - No smoke extraction in the fire zone - Blowing from the ceiling contributed to the smoke destratification
Need to train the tunnel operators to react to emergency situations
A vehicle queue built up at the backside of the fire
- - - A large number of people in the dangerous zone - The fire transmitted to others vehicles
- Fire safety distance must be respected when vehicles have to stop in a tunnel. Need of information for the users. - Barriers should be installed in long tunnels to avoid the accumulation of vehicles in dangerous zones.
The tunnel was closed to the traffic rapidly (3 min after the fire beginning)
++ - Limited the number of people present in the tunnel
- Tunnel users have to be educated- Use physical barrier instead of traffic lights to close the tunnel
Operators could not know how many people were present in the tunnel at and after the fire’s beginning
- Count the entering and exiting vehicles?
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La progression des fumées a donné lieu à d’autres alarmes qui ont déclenché l’extraction des fumées loin en aval du foyer
- La vitesse longitudinale de l’air et la progression des fumées a été accrue vers le nord
Les systèmes automatiques de ventilation doivent prendre ce risque en considération
Légende : ++ conséquences très positives + conséquences positives - conséquences négatives - - conséquences très négatives
3.5 Conclusions
Les incendies du Mont-blanc, des Tauern et du St. Gothard montrent qu’un incendie grave impliquant un ou des PL dans un tunnel ventilé transversalement peut conduire à des conséquences différentes, en fonction : • des secours incendie et du comportement des usagers du tunnel ; • des capacités du système de ventilation ; • de la mise en œuvre du système de ventilation. Il est essentiel de pouvoir localiser l’incendie à l’intérieur du tunnel pour mettre en œuvre le système de ventilation de la façon la plus efficace. Le temps d’arrrivée des services publics d’incendie a été de l’ordre de 15 minutes pour le Mont-Blanc et le Tauern. Pour le St. Gothard, le délai d’intervention a été encore plus court, mais pas suffisamment pour secourir toutes les victimes piégées par la fumée. Cela signifie que la sécurité des usagers dépend principalement de leur capacité à fuir par leurs propres moyens dans les quelques minutes qui suivent le déclenchement de l’incendie, pendant les premières étapes de la mise en route de la ventilation d’urgence. Cela démontre combien il est important d’apprendre aux usagers des tunnels comment optimiser leur capacité d’auto-évacuation (c’est-à-dire de fuite). Cela montre également l’importance d’une mise en œuvre adéquate du système de ventilation afin de contribuer à l’évacuation initiale des usagers et à la progression des équipes de secours dans le tunnel. Ces incendies ont également démontré l’importance : • de la formation des exploitants de tunnel, • de la formation des équipes de pompiers et de secours, • de très bien connaître et de savoir comment faire fonctionner les
systèmes de ventilation d’urgence en conformité avec les procédures de ventilation d’urgence.
PIARC . 95 . 05.16.B - 2006
The smoke progress gave further fire alarms which activated the smoke extraction far downstream of the fire
- The longitudinal air velocity and the smoke progress was increased toward the north
Automatic systems for ventilation operation should take care of this risk
Legend: ++ very positive consequences + positive consequences - negative consequences - - very negative consequences
3.5 Conclusions
The Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard fires show that a serious HGV fire in a transverse ventilated tunnel can lead to different consequences, depending on: • the fire rescue and the actions of the tunnel users • the ventilation system capacities • the ventilation system operation The need to precisely locate the fire in the tunnel is essential for operating the ventilation system in the most efficient way. The time response of public fire rescue forces was on the order of 15 minutes for both the Mont Blanc and Tauern fires. In the St. Gotthard fire, the time response was even shorter, but not sufficiently so to rescue all the victims trapped in the smoke. This means that the safety of users depends mainly on their ability to self-evacuate in the few minutes after a fire breaks out, during the first stages of the emergency ventilation operation. This demonstrates the importance of educating tunnel users on optimising their ability to self-evacuate (i.e., flee). It also shows the importance of proper ventilation system operation to aid the initial evacuation of tunnel users as well as the progression of fire rescue forces into the tunnel. These fires have also demonstrated the importance of: • training tunnel operators • training fire-fighting and rescue forces • having an intimate understanding of and the ability to operate emergency
ventilation systems in accordance with emergency ventilation procedures.
AIPCR . 96 . 05.16.B - 2006
4 VENTILATION
4.1 Introduction En cas d’incendie dans un tunnel, le système de ventilation doit être exploité de façon à établir et maintenir les conditions appropriées pour l’auto-évacuation des usagers et les opérations de secours. Il existe deux types principaux de systèmes de ventilation pour les tunnels routiers – transversal et longitudinal. La capacité du système longitudinal est traditionnellement dimensionnée pour éviter la remontée des fumées en sens contraire du courant d’air (backlayering). Le système transversal est dimensionné et exploité pour extraire les fumées (de façon idéale à partir d’une couche stratifiée dans la partie supérieure du tunnel) [2].
4.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Les publications AIPCR « Tunnels routiers : pollution, ventilation, environnement » (1995) [15] et « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » (1999) [2] donnent des informations sur les systèmes de ventilation transversale et longitudinale, y compris sur leur dimensionnement. Aucune nouvelle donnée n’a été recueillie depuis la publication de ces documents, que ce soit à partir de la pratique ou de la recherche. Les références [2] et [15] donnent les formules de base pour le dimensionnement des systèmes d‘accélérateurs utilisés pour la ventilation longitudinale. Elles sont répétées ici, dans un but d’illustration. La référence [2] donne des informations qualitatives sur les influences météorologiques et les effets de l’incendie sur le courant d’air le long du tunnel. Des informations quantitatives sont aussi disponibles actuellement. Des recommandations pour l’implantation des accélérateurs dans le tunnel sont données dans la référence [2] ; des informations supplémentaires sur l’optimisation de l’implantation des accélérateurs sont maintenant disponibles.
4.3 Ventilation transversale
4.3.1 Objectifs L’objectif de la ventilation transversale est de protéger les usagers en maintenant la fumée stratifiée dans une nappe chaude sous le plafond du tunnel et en l’extrayant à ce niveau. Cette stratification n’est pas très stable et peut facilement être perturbée par le courant d’air longitudinal induit par les véhicules en mouvement, par les différences de pression entre les têtes du tunnel, la ventilation, etc. Par conséquent il est fortement conseillé de maîtriser le courant d’air longitudinal au moyen de la ventilation du tunnel.
PIARC . 97 . 05.16.B - 2006
4 VENTILATION
4.1 Introduction In case of a fire in a tunnel, the ventilation system must be operated in order to establish and maintain appropriate conditions for self-evacuation and rescue operations. There are two main types of tunnel ventilation systems installed in road tunnels – transverse and longitudinal. Traditionally, the longitudinal system capacity is sized to prevent backlayering. The transverse system is sized and operated to extract smoke (hopefully from a stratified layer at the top of the tunnel space) [2].
4.2 Previous Work by PIARC In the PIARC reports “Road Tunnels: Emissions, Ventilation, Environment” (1995) [15] and “Fire and Smoke Control in Road Tunnels (1999)” [2], information is given on transverse and longitudinal ventilation systems, including design information. Since these documents were published, new information has been gained from practice and research. In references [2] and [15] basic formulae are given for designing jet fan systems used in longitudinal ventilation. They are repeated here for illustration purposes. In reference [2] qualitative information is given on meteorological influences and the effect of fire on the airflow through the tunnel. Quantitative information is now also available. Recommendations for fan distribution along the tunnel are included in reference [2]; additional information on optimising fan distribution is now available.
4.3 Transverse Ventilation
4.3.1 Objectives The aim of transverse ventilation is to protect the tunnel users by keeping the smoke stratified in a hot layer underneath the ceiling of the tunnel and extracting it at the ceiling. Smoke stratification is not a very robust effect; it can easily be disturbed by the longitudinal airflow induced by moving vehicles, pressure differences between portals, ventilation, etc. As a consequence it is highly advisable to control the longitudinal airflow by means of the tunnel ventilation.
AIPCR . 98 . 05.16.B - 2006
Dans le texte qui suit, le terme « système de ventilation transversal » inclut les systèmes aussi bien transversaux que semi-transversaux. Le nom spécifique du système utilisé est fonction de la présence de gaines d’air frais et d’extraction d’air vicié et/ou de l’équilibre entre les taux d’air injecté et extrait comme expliqué dans la référence [2]. L’Annexe 12.2 présente une adaptation du système transversal, tel qu’il a été mis en place au cours de la rénovation du tunnel du Mont-Blanc. En général, la ventilation transversale utilise des conduites parallèles au tunnel. Deux types de conduites sont utilisés : • les gaines d’air frais, qui servent à injecter l’air frais dans le tunnel afin de
diluer la pollution émise par les véhicules, • les gaines d’extraction, qui servent à extraire l’air hors du tunnel. Le but
principal de l’extraction est d’évacuer les fumées et les gaz chauds produits par un incendie. Dans certains cas, la capacité d’extraction peut être utilisée pour limiter la vitesse longitudinale de l’air dans le tunnel en exploitation normale.
La capacité d’extraction peut en général être concentrée dans une zone plus petite que la longueur de la gaine par l’utilisation de registres motorisés, contrôlés à distance, connus également sous le nom de trappes d’extraction. Les ventilateurs desservant les gaines sont souvent installés dans des usines de ventilation proches des têtes du tunnel, ou dans des puits ; mais il existe de nombreuses variantes.
4.3.2 Règles de dimensionnement Exigences concernant l’air frais Les règles de dimensionnement des capacités des gaines et des ventilateurs d’air frais sont directement liées aux besoins de dilution de la pollution. Les polluants contrôlés ordinairement sont le monoxyde de carbone (CO) et les particules qui ont un effet négatif sur la visibilité. Certains pays contrôlent aussi les oxydes d’azote (NOx). Le calcul des besoins en air frais utilise les paramètres suivants : • émissions unitaires des véhicules (données par l’AIPCR ou les
recommandations nationales), • densité et vitesse du trafic, • seuils d’acceptabilité pour chaque polluant. D’une façon générale, le dimensionnement de la ventilation est en relation directe avec les besoins en air frais calculés. Cette approche ne prend pas en compte l’effet de pistonnement du trafic. Dans certains cas, par exemple en présence de trafic rapide, le pistonnement peut auto-ventiler le tunnel.
PIARC . 99 . 05.16.B - 2006
In the following text, the wording “transverse ventilation system” includes both full transverse and semi- (partial) transverse systems. The specific name of the system employed is a function of the presence of fresh air and extraction air ducts and/or the operational imbalance of injected and extracted airflow rates as explained in reference [2]. An adaptation of the transverse system, as implemented in the renovation of the Mont Blanc Tunnel, is presented in Appendix 12.2. Generally, transverse ventilation uses ducts that run parallel to the tunnel. Two kinds of ducts are utilised: • Fresh air ducts are used to inject fresh air into the tunnel in order to dilute
the polluted gases produced by the vehicles; • Extraction or exhaust ducts are used to extract air from the tunnel volume.
The main purpose of extraction is to remove the smoke and hot gases produced by a fire. In some cases, the extraction capacity may be used in order to limit the longitudinal velocity in the tunnel under normal operation.
Extraction capacity is usually concentrated to a zone smaller than the length of the duct by the addition of motorized, remotely controlled dampers, also known as “point extraction”. The fans serving the ducts are often located in ventilation plants close to the tunnel portals or shafts; however, many variations can exist.
4.3.2 Dimensioning Rules Fresh Air requirements The dimensioning rules for the fresh air fan capacities and ducts are directly linked to the pollution dilution requirements. The pollutants that must usually be controlled are carbon monoxide (CO), and particulate matter that negatively affects visibility. Some countries also control nitrogen oxides (NOx). The fresh air requirement calculations utilize the following parameters: • The unit emissions of the vehicles (provided by PIARC or national
recommendations); • The traffic density and speed; • The threshold limits for each pollutant. Generally, the ventilation sizing is directly related to the calculated airflow requirement. This approach does not take into account the traffic piston effect. In some cases, such as with fast moving traffic, the piston effect can self-ventilate the tunnel.
AIPCR . 100 . 05.16.B - 2006
Maîtrise des fumées dans les tunnels avec ventilation transversale Pour dimensionner une ventilation transversale, deux aspects doivent être pris en compte :
• le débit de fumées, • les exigences de maîtrise du courant d’air longitudinal. Le rapport AIPCR [2] donne un tableau et les relations correspondantes entre la puissance thermique et le débit de fumée. La maîtrise du courant d’air longitudinal est un critère de dimensionnement aussi important que le débit des fumées. Equipement de la gaine d’extraction Les ventilateurs d’extraction doivent être dimensionnés de façon à assurer les débits d’extraction requis, quel que soit l’emplacement du foyer à l’intérieur du tunnel. Dans le passé, ces gaines d’extraction étaient communément reliées au tunnel par un ensemble de petites bouches, ouvertes, placées à intervalles réguliers. L’espacement entre ces bouches était normalement de 10 à 20 m, et le débit de l’ordre de 80 m3/s/km. Ce concept a évolué depuis lors, les bouches de petite taille et ouvertes étant remplacées par des bouches de plus grandes dimensions, équipées de registres motorisés commandés à distance, et situées à intervalles plus grands. On a examiné l’intérêt d’utiliser des fusibles et des panneaux thermiques, mais ce système s’est révélé présenter des effets défavorables. L’efficacité du système de désenfumage utilisant ces panneaux était compromise par l’ouverture inopportune de certains registres et/ou l’ouverture de registres en des emplacements non optimaux.
4.3.3 Exigences pour la stratification des fumées La plupart des recommandations concernant l’exploitation d’un système de ventilation transversale insistent sur la nécessité de préserver les conditions de stratification et d’évacuer la fumée hors du tunnel [2 ; 16]. La commande et le contrôle centralisés des équipements sont nécessaires pour optimaliser les effets de la ventilation. La localisation précise du foyer doit être connue, afin de concentrer la capacité d’extraction dans la zone du foyer en ouvrant le(s) trappe(s) d’extraction appropriée(s) et de contrôler le courant d’air longitudinal dans cette zone afin de limiter la stratification des fumées. La caractérisation de la stratification est encore à l’étude et fait l’objet de recherches. La condition principale de la stratification semble être la limitation de la vitesse longitudinale. Celle-ci tend à :
• augmenter la turbulence et les effets de mélange entre les couches de fumée,
• augmenter les échanges thermiques entre les diverses couches de fumées et entre la fumée et les parois.
PIARC . 101 . 05.16.B - 2006
Smoke control in tunnels with transverse ventilation To size a transverse ventilation system, two aspects must be considered:
• the smoke flow rate • the requirements to control the longitudinal air flow. The PIARC report [2] provides a table and the relevant relationship between heat release and smoke flow rates. The control of the longitudinal airflow is as important a design criteria as the extraction flow rates and must be carefully studied. Extraction Duct Equipment The extraction fans must be sized to ensure the required extraction airflow rates for all fire locations in the tunnel. In the past, extraction ducts were typically connected to the tunnel with a number of small, evenly spaced open vents. The spacing between these vents was typically 10 to 20 m and the airflow rate on the order of 80 m3/s/km. This concept has since evolved by replacing the small, open vents with larger vents equipped with remotely controlled motorised dampers and spaced further apart. The use of thermal fuses and panels has been assessed and found to have adverse effects: the effectiveness of the smoke control system using such thermal devices was found to be compromised by the untimely opening of some dampers and/or the opening of dampers in non-optimal locations.
4.3.3 Requirements for smoke stratification Most recommendations related to transverse ventilation system operation point out the necessity to preserve the stratification conditions as well as to remove the smoke from the tunnel [2; 16]. Centralized monitoring and control of equipment is required to optimize the ventilation response. The precise location of the fire must be known in order to concentrate the extraction capacity in the fire area by opening the appropriate damper(s) and control the longitudinal airflow in this area in order to keep smoke stratification. The stratification characterization is still under development and subject to research work. The main condition for stratification development appears to be the limitation of longitudinal velocity. Longitudinal velocity tends to:
• increase the turbulence and mixing effects between smoke layers,
• increase the thermal exchange between the individual smoke layers and between the smoke and the walls.
AIPCR . 102 . 05.16.B - 2006
D’autres causes importantes de la destruction de la stratification sont : • l’effet de tirage induit par les véhicules se déplaçant au-dessous d’une
couche stratifiée, • l’injection d’air frais dans le tunnel, qui peut induire un tourbillon le long du
tunnel et/ou, dans le cas de bouches situées au plafond, la convection de la fumée jusqu’au niveau du sol,
• la turbulence provoquée par des accélérateurs mis en route à proximité de la couche stratifiée.
Dans le cas d’une ventilation transversale, il est difficile de résoudre le problème de la maîtrise de la vitesse longitudinale, cette vitesse variant en fonction de l’emplacement le long du tunnel. L’exploitation du système de ventilation dépend donc de la localisation du foyer. La recommandation la plus courante pour la maîtrise de la vitesse longitudinale dans le cas d’un système transversal est de jouer sur les débits d’injection et d’extraction. Cette solution soulève toutefois plusieurs problèmes : • il est admis que l’injection d’air frais peut présenter un risque pour la
stratification des fumées, en particulier si le jet d’air passe à travers la couche de fumée. Les bouches d’air frais ne doivent donc pas être situées le long de la partie supérieure des parois [18]. En outre, des études effectuées pour la rénovation du tunnel du Mont-Blanc ont montré que, même si l’injection se produit au bas des parois, le risque de destratification des fumées demeure. Pour minimiser ce risque, les vitesses d’injection de l’air frais doivent rester aussi faibles que possible ;
• la vitesse longitudinale peut subir de fortes variations si le courant d’air naturel change pendant l’incendie ;
• l’exploitation est complexe, car il n’y a pas de relation directe entre la commande du système de ventilation et la vitesse longitudinale qui en résulte. De plus, la ventilation naturelle induit une complexité supplémentaire.
Cette technique consistant à jouer sur les débits d’injection et d’extraction est limitée aux différences de pression relativement faibles. Pour les tunnels ventilés transversalement avec des influences atmosphériques fortes (par exemple, tunnels longs traversant de hautes montagnes), il peut être nécessaire de mettre en place des accélérateurs pour maîtriser le courant d’air longitudinal.
PIARC . 103 . 05.16.B - 2006
Other main causes of stratification destruction are: • the drag effect induced by vehicles moving beneath a stratified layer;
• the injection of fresh air into the tunnel, which can induce a swirl along the
tunnel and/or, in the case of vents located at the ceiling, cause smoke convection to the tunnel floor;
• the turbulence caused by jet fans activated in the vicinity of the stratified layer.
With transverse ventilation systems, the problem of longitudinal velocity control is difficult to solve since the velocity varies according to the location along the tunnel. Ventilation system operation is therefore dependent on fire location. The most common recommendation for controlling longitudinal velocity with a transverse system is to act on the injection and extraction flow rates. There are several problems associated with this solution: • it is recognized that fresh air injection can present a risk to smoke
stratification, especially if the jet passes through the smoke layer. Therefore, fresh air vents should not be located along the top of the walls [18]. Furthermore, some studies performed for the Mont Blanc Tunnel renovation have shown that even if the injection is performed at the bottom of the walls, the risk of smoke de-stratification may remain. To minimize this risk, fresh air injection velocities should be kept as low as possible;
• severe changes in longitudinal velocity can occur if the natural ventilation flow varies during the fire;
• operation is complex because the relationship between the ventilation system operation and the resulting longitudinal velocity is not direct. Moreover, natural ventilation introduces an additional complexity.
This technique of acting on injection and extraction flow rates is limited to relatively low ranges of atmospheric pressure differences. For transversely ventilated tunnels with high atmospheric influences (e.g. long tunnels crossing high mountains), it may be necessary to install jet fans to ensure longitudinal velocity control.
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4.3.4 Spécifications concernant les équipements Ventilateurs d’extraction Les études et les essais en vraie grandeur montrent que l’air frais peut produire une dilution importante à l’intérieur des gaines de ventilation. Le mélange air/fumée est également soumis à des échanges thermiques avec les parois de la conduite avant d’atteindre les ventilateurs. Il peut aussi se produire une expansion thermique résiduelle des gaz passant dans les ventilateurs. Ces phénomènes doivent être pris en compte lorsque l’on établit les critères de résistance thermique et les capacités des ventilateurs d’extraction. La résistance thermique des ventilateurs doit permettre l’extraction des fumées chaudes, quelle que soit la configuration. Le rapport AIPCR [2] se réfère aux essais d’incendie dans le Memorial Tunnel et le tunnel du Zwenberg, pour lesquels on a utilisé des systèmes de ventilation semi-transversale. La température au niveau des ventilateurs n’a que rarement atteint 200°C avec des bouches d’extraction uniformément espacées. Cependant, lorsque le foyer d’incendie est assez proche du point d’extraction, la température d’extraction peut largement dépasser 200ºC. C’est pourquoi la résistance thermique des ventilateurs d’extraction a été portée à 400ºC pendant 90 minutes en Allemagne et en Autriche, et à 200 ou 400ºC pendant 120 minutes en France, en fonction de la position des ventilateurs par rapport au tunnel. Trappes d’extraction Pour remplir leur fonction, les trappes d’extraction doivent être capables de résister aux conditions environnementales habituelles en tunnel et de fonctionner dans des conditions d’urgence. Les principaux points suivants sont à prendre en considération : • les trappes peuvent être soumises à des différentiels de pression
importants lorsqu’ils sont en position fermée (c’est-à-dire 2 000 Pa à 6 000 Pa en fonction de la longueur de la conduite d’extraction), et ils doivent pouvoir s’ouvrir dans ces conditions ;
• les trappes doivent pouvoir fonctionner correctement dans des conditions de température élevée et être construites de façon à éviter que des pièces se détachent et tombent dans le tunnel en cas d’incendie ;
• les trappes doivent être raisonnablement étanches à l’air pour éviter un effet de by-pass qui réduirait l’efficacité de l’extraction des fumées.
On trouvera des informations plus détaillées sur les trappes d’extraction dans l’Annexe 12.4.
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4.3.4 Equipment Specifications Extraction Fans Studies and full-scale tests show that significant dilution by fresh air can take place inside the duct. The fresh air/smoke mixture is also subject to thermal exchange with the duct walls before reaching the fans. There can also be residual thermal expansion of the gases passing through the fans. These phenomena must be taken into account when establishing the thermal resistance criteria and capacities of the extraction fans. The thermal resistance of the fans must ensure that the extraction of the hot smoke is possible with any configuration. The PIARC report [2] refers to the Memorial Tunnel and the Zwenberg Tunnel fire tests in which semi-transverse ventilation systems were used. The temperature rise at the fans hardly reached 200°C with uniformly spaced extraction ports. However, when the fire location is relatively close to the extraction point, the exhaust temperature may be significantly higher than 200ºC. This was the reason for increasing the thermal resistance of exhaust fans in Austria and Germany to 400ºC for 90 minutes, and in France 200 or 400ºC for 120 minutes depending on the location of the fans relative to the traffic room. Smoke Dampers To fulfill their function, dampers must be able to withstand normal tunnel environmental conditions and operate under emergency conditions. The main considerations include the following: • Dampers may be subjected to large pressure differentials when in the
closed position (i.e., 2000 Pa to 6000 Pa depending on the length of the extraction duct), and must be able to open under these conditions
• Dampers must be able to operate properly under high temperature conditions and must be constructed in such a way to prevent individual parts from separating and falling into the tunnel during fire conditions.
• Dampers should be reasonably airtight to avoid short-circuiting that would reduce the efficiency of the smoke extraction.
More detailed information on smoke dampers can be found in Appendix 12.4.
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4.4 Ventilation longitudinale
4.4.1 Introduction Dans les systèmes de ventilation longitudinale, le tunnel est utilisé comme une « conduite » pour l’extraction des fumées. On considère que ces systèmes assurent un bon niveau de sécurité en cas d’incendie dans les tunnels unidirectionnels. Bien qu’il soit possible, mais peu probable, que des usagers puissent être affectés par la fumée poussée par les ventilateurs (par exemple s’ils se trouvent en aval de l’incendie en raison d’un embouteillage), on considère que la plupart des usagers se trouvent dans la zone amont (exempte de fumée). En revanche, dans un tunnel bidirectionnel, un nombre important d’usagers peut être soumis aux fumées si un système longitudinal est utilisé. Dans ce cas, la combinaison ventilation longitudinale et extraction des fumées par des trappes en plafond peut être satisfaisante sous certaines conditions. En tout état de cause, la ventilation longitudinale ne devrait être utilisée dans des tunnels bidirectionnels que si une analyse de risques montre que cette solution est acceptable. Le présent chapitre a pour but de développer plutôt que de répéter les informations données dans les références [2] et [15]. Le dimensionnement des accélérateurs doit prendre en compte l’influence de l’incendie sur le système d‘accélérateurs, les effets météorologiques aux têtes du tunnel (principalement le vent), l’implantation optimale des ventilateurs, leur efficacité, ainsi que les niveaux sonores créés par le système d’accélérateurs. L’Annexe 12.3 présente les deux équations de base nécessaires pour dimensionner correctement une ventilation longitudinale à base d’accélérateurs, ainsi que des exemples.
4.4.2 Impact sonore des accélérateurs dans un tunnel Les accélérateurs en fonctionnement dans un tunnel peuvent générer des niveaux de bruit élevés et avoir des effets négatifs sur les transmissions orales entre les personnes se trouvant dans le tunnel. Cela peut devenir un enjeu de sécurité quand le niveau sonore empêche que les usagers ne comprennent ce qu’on leur demande de faire ou gêne les communications entre pompiers. En conséquent, l’analyse de l’impact sonore des accélérateurs doit être faite avec soin, comme indiqué dans l’annexe 12.6.
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4.4 Longitudinal Ventilation
4.4.1 Introduction Longitudinal ventilation systems utilize the tunnel tube as the “duct” for smoke extraction. Such systems are seen as providing reliable safety in case of a fire accident for unidirectional tunnel tubes. Although there is a slight possibility that road users can be affected by the smoke being pushed by the fans (for example, if they cannot leave the tunnel downstream of the fire due to a traffic jam), most road users can be expected to be located in the upstream (smoke free) area of the tunnel. In a bi-directional tunnel, on the other hand, a large number of road users may be affected by smoke if only a longitudinal system is used. In such cases, the combination of longitudinal ventilation and smoke extraction via ceiling dampers can be satisfactory under certain conditions. In any case, longitudinal ventilation should be used in bi-directional tunnels only if a risk analysis shows it is acceptable. The purpose of this section is to extend rather than to repeat the information given in references [2] and [15]. Considerations in jet fan design include the influence of fire on the jet fan system, the meteorological effects at tunnel portals (mainly wind), the optimal placement of the fans, the efficiency of the fans, and the sound levels created by the fan system. The two basic equations required for the proper sizing of jet fan-based longitudinal ventilation, along with examples of such, are shown in Appendix 12.3.
4.4.2 Sound Impact of Jet Fans in a Tunnel Jet fans operating in a tunnel can generate high noise levels, and can have adverse effects on speech transmission between people in the tunnel. This may become a safety issue when the noise level prevents the tunnel users from understanding what they are asked to do or when it makes it difficult for the firemen to communicate with each other. Therefore some care must be taken in the assessment of sound emission by the jet-fans, as detailed in appendix 12.6.
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4.5 Essais On peut avoir recours à trois types d’essais pour vérifier les équipements et les objectifs de sécurité du système de ventilation : • les essais de réception (en usine) ont pour but de vérifier si les
performances réelles de l’équipement concordent avec les spécifications. Les directives d’essai soulignent généralement les procédures de ces essais ;
• les essais in-situ ont pour but de vérifier que le fonctionnement de l’équipement répond aux spécifications du projet ;
• les essais d’intégration ont pour but de vérifier que les objectifs de sécurité sont atteints, en particulier en ce qui concerne la maîtrise des fumées. Le premier jeu d’essais d’intégration peut être effectué sans incendie, afin de quantifier la capacité de ventilation, et un second jeu d’essais peut impliquer un incendie calibré afin de tenir compte des effets de flottabilité et visualiser le développement des fumées.
Il n’est généralement pas possible d’effectuer des essais d’intégration avec des incendies aussi importants que les incendies de dimensionnement. La plupart du temps, ces essais ont pour but principal de former les exploitants du tunnel et les pompiers. Le chapitre 8 décrit les tests de ventilation appropriés.
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4.5 Tests Three kinds of tests may be performed in order to check the equipment and the safety objectives of the ventilation system: • Reception (factory) tests are aimed at checking that the equipment actual
performance matches the specified requirements. The test guidelines generally point out the procedures for these test operations.
• On-site unit tests are aimed at checking that equipment operation is in accordance with the project specifications.
• Integration tests are aimed at checking that the safety objectives match, especially with regard to smoke control. The first set of integration tests may be performed without a fire in order to quantify the ventilation capacity, and a second set of tests may involve a calibrated fire in order to account for the buoyancy effects and to visualize the smoke development.
It is generally impossible to perform integration tests with fires as large as the design fires. Most commonly, the main purpose of these tests is to train tunnel operators and members of the fire brigade. Section 8 describes appropriate ventilation tests.
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5 ISSUES DE SECOURS
5.1 Introduction Des événements qui peuvent s’avérer très dangereux pour les usagers sont susceptibles de se produire dans les tunnels. Un incident ou un accident qui engendre un incendie et/ou un dégagement de gaz toxiques est un événement particulièrement dangereux. L’auto-évacuation est l’action de se mettre soi-même en sécurité. Dans certains cas, l’entrée ou la sortie du tunnel n’offre pas la meilleure issue de secours pour l’ensemble des personnes impliquées dans l’incident. Dans ce cas, il est nécessaire de disposer d’issues de secours supplémentaires pour raccourcissent le cheminement d’évacuation hors de la zone dangereuse. Pour une composition de trafic normale, il est certain qu’un incident de circulation impliquant un incendie reste plus probable qu’un incident impliquant une explosion ou un dégagement de gaz toxiques [20]. Les itinéraires d’évacuation et les issues de secours sont donc communément fondés sur des scénarios d’incendie. Le présent chapitre est consacré aux issues de secours et aux itinéraires d’évacuation à utiliser en cas d’incendie, et examine les facteurs qui ont une influence sur les possibilités d’évacuation. Il couvre également le dimensionnement des issues de secours et itinéraires d’évacuation, ainsi que les méthodes permettant d’alerter et de guider les usagers du tunnel.
5.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Le Comité technique de l’Exploitation des Tunnels routiers a publié des documents sur les issues de secours et autres équipements de sécurité dans ses rapports pour les Congrès mondiaux de la route de Vienne (1979) [21] et Montréal (1995) [1]. Ce sujet a en outre été traité de façon approfondie dans le rapport intitulé « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2], publié en 1999. On trouvera ci-dessous un bref résumé des recommandations issues des Congrès de Vienne et de Montréal. Vienne 1979 Dans ce rapport, les issues de secours sont traitées dans le Chapitre IV - 1.4.2.3 Issues de secours.
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5 EMERGENCY EXITS
5.1 Introduction Events that can be very dangerous to road users can occur in tunnels. A particularly dangerous event is an incident or accident that involves fire and/or the release of toxic gases. Escaping is the act of bringing oneself into a safe position (self-evacuation). In a number of cases the tunnel entrance or exit is not the best emergency exit for all people involved in, or influenced by the incident. In such cases, additional emergency exits are required to shorten the path of egress from the dangerous area. Given typical traffic composition (mix), it is recognized that a traffic incident involving fire is more likely to occur than one involving an explosion or the release of toxic gases [20]. Thus, escape routes and emergency exits are commonly planned based on fire incident scenarios. This section focuses on emergency exits and escape routes for use during a fire incident, and discusses factors that influence the chances for escaping. It also covers emergency exit and escape route design and methods for warning and guiding tunnel users.
5.2 Previous Work By PIARC The Technical Committee on Road Tunnel Operation has published material on emergency exits and other safety facilities in the reports to World Road Congresses in Vienna (1979) [21] and Montreal (1995) [1]. In addition, the subject was addressed in greatest depth in the report titled “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2], published in 1999. Presented below is a short summary of the recommendations from the Vienna and Montreal congresses. Vienna 1979 In this report emergency exits are addressed in Chapter IV - 1.4.2.3 Emergency Exits.
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Dans les tunnels courts, les entrées constituent des issues suffisantes. Dans les tunnels longs, la longueur du chemin de fuite dépend du type de circulation et des possibilités qu’offre le système de ventilation. Mieux la ventilation permet de réduire la zone où les chances de survie et les conditions de visibilité sont limitées, plus le trajet que devra parcourir un usager pour s’évacuer (c’est-à-dire l’inter-distance entre les issues de secours) pourra être long. Dans les tunnels très longs, où il est impossible de réduire la longueur de la zone de danger par des mesures d’exploitation, les issues de secours et les itinéraires d’évacuation devront être étudiés très sérieusement. Les possibilités suivantes existent :
• galeries transversales conduisant à l’air libre ou dans d’autres tubes pour piétons et/ou véhicules,
• liaisons transversales vers une galerie de sécurité pour piétons, • abris spécialement équipés, • zones de demi-tour pour véhicules en tunnel. Des recommandations sur la distance entre les issues de secours n’étaient pas données. Montréal 1995 Pour le Congrès mondial de la route de Montréal (1995), les groupes de travail 1 et 6 avaient préparé un document intitulé « Etat-de-l’art : recommandations et expériences existantes » sur les équipements de sécurité en tunnel dans 13 pays, y compris les issues de secours.
5.3 Dimensionnement de l’itinéraire d’évacuation Lors du dimensionnement des itinéraires d’évacuation, il faut prendre en compte plusieurs facteurs qui influent sur les chances de s’échapper, en particulier :
• le type de confinement, • l’incendie et la fumée auxquels il faut s’attendre, • le comportement humain, • la ventilation, • la pente de la chaussée (déclivité), • les contrôles effectués dans le tunnel. La densité du trafic n’est pas prise en compte comme un facteur pour le dimensionnement des itinéraires d’évacuation, à moins qu’elle soit très faible, le nombre maximal d’usagers du tunnel impliqués dans un incident étant déterminé par la longueur de ce tunnel (c’est-à-dire le nombre de voitures arrêtées en arrière de l’incendie) et non par le nombre de voitures passant par unité de temps. En outre, une analyse des risques peut généralement mener à la conclusion que des itinéraires d’évacuation ne sont pas nécessaires dans des tunnels ayant une densité de circulation très faible. Dans de tels cas, il convient d’examiner si le fait que seul un petit nombre de personnes sont impliquées dans un accident grave et la probabilité réduite d’un accident ne peuvent pas justifier l’absence de itinéraires d’évacuation.
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In short tunnels the portals are adequate. In longer tunnels, the length of the escape route depends on the type of traffic and the ventilation system. The more the limited survival zone and the bad visibility conditions can be diminished by the ventilation system, the longer the escape distance for tunnel users (i.e., interval between emergency routes) may be. In very long tunnels, where it is impossible to limit the danger zone by operational measures, emergency exits or escape routes must be seriously examined. The following possibilities are presented:
• cross connections to open air or other tubes for pedestrians and/or vehicles;
• cross connections into safety tunnels for pedestrians; • specially-equipped safety rooms; • turning bays for vehicles. General recommendations for the distance between escape exits were not given. Montreal 1995 For the World Congress in Montreal, Working Groups 1 and 6 prepared a paper on “State of the Art: Existing Guidelines and Experiences” on safety equipment in tunnels within 13 countries, including emergency exits.
5.3 Escape Route Design In planning and designing escape routes one should consider several factors that influence the chance for escaping, including:
• the type of enclosure; • the fire and smoke expected; • human behaviour; • ventilation; • slope of the road surface (grade); • tunnel controls. Traffic density is not taken into account as a factor to size the escape routes because unless it is very low, the maximum number of road tunnel users involved in an incident is determined by the length of the tunnel (i.e., the number of cars stopped behind the fire) and not by the number of cars passing per time increment. A typical risk analysis may conclude that escape routes are not required for tunnels with very low traffic densities. In such a case, it must be assessed whether the possibility of only a few people being involved in a serious accident and the reduced probability of an accident can justify the lack of escape routes.
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5.3.1 Types de confinement Un ouvrage routier peut être confiné de la façon suivante : • seuls les côtés sont fermés (route en tranchée), • les côtés sont fermés et le plafond partiellement fermé (tunnel avec
ouvertures en plafond), • côtés partiellement fermés et plafond entièrement fermé, • côtés et plafond entièrement fermés (tunnel). Quel que soit le type d’ouvrage, on suppose que, en l’absence de dispositions particulières, l’usager n’a normalement aucune possibilité de quitter directement la chaussée. Plus un ouvrage est confiné, plus les effets d’un incendie se font sentir dans l’ouvrage. Comme la fumée a tendance à monter au cours d’un incendie, elle peut s’échapper par des ouvertures en plafond. Plus les dimensions de ces ouvertures sont importantes, moins la fumée s’accumulera et se répandra longitudinalement le long du tunnel. Cela est également vrai pour des ouvertures dans les parois latérales, en fonction de leurs dimensions et de leur implantation (en hauteur). Des dispositions permettant l’extraction des fumées aident naturellement à limiter la longueur d’ouvrage enfumée. D’une façon générale, plus un ouvrage routier est confiné, plus il est besoin d’avoir des moyens d’évacuation adéquats. Cela est montré par la Figure 5.1. Des gaz et des vapeurs toxiques peuvent être dégagés au cours de certains accidents, par exemple lorsqu’un camion-citerne est endommagé. Comme la densité d’un gaz ou d’une vapeur est normalement plus élevée que celle de l’air, ce gaz ou cette vapeur s’étendra au-dessus de la surface de la chaussée, que l’ouvrage soit couvert ou non. L’importance du confinement a donc moins d’importance en cas de dégagement de gaz ou de vapeur toxique que dans un cas d’incendie et de fumée, sauf si des ouvertures latérales aident à diluer la concentration des gaz en présence de conditions de vent favorables. Dans les tunnels avec des pentes longitudinales importantes, comme les tunnels immergés, les gaz toxiques peuvent être à l’origine de graves problèmes.
5.3.2 Puissance et développement de l’incendie Les points importants pour le dimensionnement des installations d’évacuation sont la puissance, le développement et la durée des incendies potentiels. La puissance de l’incendie est liée à la quantité et à la température des fumées. Le développement de l’incendie affecte largement les possibilités d’auto-évacuation, laquelle doit pouvoir se faire dès le début de l’incendie. La durée de l’incendie est une valeur extrêmement importante si des abris sont utilisés.
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5.3.1 Types of Enclosures A road structure can be enclosed as follows: • only sides closed (i.e. a depressed roadway); • sides closed and ceiling partly closed (i.e. a tunnel with gaps in the roof);
• sides partially closed and ceiling fully closed; • sides and ceiling completely closed (i.e. a tunnel). With all structure types, it is assumed that without special provisions, there is typically no chance for a road user to depart directly from the roadway. The more enclosed a structure, the greater the effects of a fire inside the structure. Since smoke rises during a fire, it can escape through gaps in the ceiling. The larger the gaps, the slower the smoke will accumulate and spread longitudinally along the tunnel. Depending on size and position (height), this will hold true for gaps in sidewalls, too. Of course, provisions for smoke extraction will help to limit the length of roadway being filled with smoke. In general, the more a road structure is enclosed, the greater the need for adequate escape provisions. This is demonstrated in Figure 5.1. Toxic gases and vapours can be released during certain accidents, such as when a tanker is damaged. Since the specific gravity of a gas or vapour is typically higher than that of air, it will spread over the road surface whether or not the structure has a roof. The extent of enclosure is therefore less significant for toxic gas and vapour release than for a fire and smoke situation, with the exception that side openings can help to dilute the gas concentration if wind patterns are favourable. In tunnels with significant longitudinal slopes, like underwater tunnels, toxic gases can cause severe problems.
5.3.2 Fire Size and Development Important issues for designing escape provisions are the size, development and duration of potential fires. The fire size is related to the amount and temperature of smoke. The development of the fire will greatly affect the chances for self-evacuation, which must take place in the early phases of a fire. The duration of the fire is extremely important if shelters are utilized.
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Puissance de l’incendie On trouve dans la littérature existante de nombreuses valeurs pour la puissance potentielle de l’incendie. Le document AIPCR « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2] donne les valeurs suivantes : • 1 petite voiture de tourisme 2,5 MW • 1 grande voiture de tourisme 5 MW • 2 – 3 voitures de tourisme 8 MW • 1 camionette 15 MW • 1 bus 10 MW • 1 camion avec des marchandises combustibles 20-30 MW
(cas général) • 1 citerne d’essence 30-250 MW
selon le système de recueil des liquides
Figure 5.1 - Incendies dans différents types d’ouvrage
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Fire Size Many potential values for fire size can be found in existing literature. The PIARC document “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2] shows the following values: • 1 small passenger car 2.5 MW • 1 large passenger car 5 MW • 2 – 3 passenger cars 8 MW • 1 van 15 MW • 1 bus 10 MW • 1 lorry with burning goods 20-30 MW
(general case) • petrol tanker 30-250 MW depending on drainage
Figure 5.1 - Fires in various structure types
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La littérature en provenance des Pays-Bas donne les puissances maximales d’incendie suivantes : • voiture 5-6 MW [22] • bus 20-30 MW [23] • petit camion avec chargement 30-50 MW • grand camion avec chargement 50-150 MW [23] • camion-citerne 200-300 MW [23] Comme un trafic habituel se compose principalement de voitures de tourisme, c’est la probabilité d’un incendie d’un véhicule de ce type qui est la plus grande. On estime que 95 % de l’ensemble des incendies de voitures sont dus à une panne plutôt qu’à un accident. Par conséquent, dans la majorité des incidents, une seule voiture se trouve impliquée dans l’incendie. Normalement, un incendie de voiture n’a pas une très grande ampleur, mais il peut produire une forte quantité de fumée. Bien que sa température ne soit pas très élevée, cette fumée peut être suffisamment toxique pour blesser des personnes. Des incendies très importants, qui produisent une grande quantité de chaleur et de fumées toxiques, peuvent se produire lorsque des poids lourds sont impliqués. Une étude menée dans le tunnel sous l’Elbe en Allemagne de 1979 à 1985 a montré que, alors que les camions ne constituent que 15 % de l’ensemble du trafic, ils sont à l’origine de 30 % des incendies. Dans cette étude, la presque totalité des incendies étaient liés à une panne de véhicule. Si l’incendie a pour cause un accident, il arrive souvent qu’il implique plus d’un véhicule. Dans de tels cas, la puissance de l’incendie est souvent plus importante et dépend des véhicules impliqués dans l’accident. Cela ne signifie pas que l’incendie n’est jamais important dans le cas d’une auto-inflammation de véhicule, ni inversement qu’il n’est jamais bénin dans le cas d’un accident. L’incendie causé par l’auto-inflammation d’un véhicule dans le tunnel du Mont Blanc a été extrêmement important. Les informations qui précèdent n’ont pour but que de donner une idée de ce à quoi on peut raisonnablement s’attendre. Développement de l’incendie Un incendie de véhicule n’atteint jamais sa taille maximale immédiatement – il demande du temps pour se développer. En fait, pratiquement tous les incendies se développent de façon semblable, quelle que soit leur puissance finale. Une étude comprenant l’incendie de 30 voitures dans un parking fermé [22] et un essai d’incendie dans le tunnel du Bénélux aux Pays-Bas ont donné le scénario type suivant pour un véhicule léger : • l’incendie reste modéré les 5 à 10 premières minutes après
l’inflammation, • les vitres se brisent, et le feu atteint sa dimension maximale dans les
2 à 5 minutes,
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Literature from the Netherlands provides the following maximum fire sizes: • car 5-6 MW [22] • bus 20-30 MW [23] • small loaded lorry 30-50 MW • large loaded lorry 50-150 MW [23] • tanker 200-300 MW [23] Since the typical traffic mix is comprised mostly of cars, the probability of a car fire is the highest. It is estimated that 95% of all car fires are caused by breakdowns rather than accidents. Therefore, in the majority of incidents, only one car is involved in the fire. A car fire is typically not very large, but can still produce a lot of smoke. While not very high in temperature, the smoke can be toxic enough to injure people. Very large fires that produce a lot of heat and toxic smoke can occur when lorries are involved. An investigation of the Elbe Tunnel in Germany from 1979 to 1985 indicated that while lorries comprised only 15% of the total vehicle mix, 30% of all fires were caused by lorries. Almost all of the fires in this investigation were related to a vehicle breakdown. If the cause of the fire is an accident, it often happens that more than one vehicle is involved. In such events, the fire size is likely to be larger and depends on the composition of the vehicles involved in the incident. This is does not mean that the fire size will never be large in the case of a vehicle breakdown, and conversely will never be small in the case of an accident. The fire caused by a vehicle breakdown in the Mont Blanc Tunnel was very large. The above information is only intended to give an idea of what can reasonably be expected. Fire Development A vehicle fire is never immediately at its maximum size -- it takes time for the fire to develop. In fact, almost all fires follow the same fire development pattern, irrespective of the final fire size. An investigation including 30 car fires in a closed parking facility [22] and a fire test in the Netherlands’ Beneluxtunnel indicated the following typical scenario for a passenger car: • the fire remains small in the first 5-10 minutes after ignition;
• the windows break, and the fire reaches its maximum size within 2-
5 minutes;
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• le feu brûle à sa puissance maximale ou presque pendant 10 à 15 minutes environ,
• le feu s’éteint lentement. Si l’on prend en compte le fait que l’incendie de voiture le plus courant démarre dans le moteur, et que les compartiments moteurs des voitures sont similaires à ceux des camions et des bus, on peut prévoir le même modèle de développement pour des incendies plus importants. La puissance de l’incendie et sa durée seront bien entendu très différentes. Dans le cas d’un accident, l’incendie se développe habituellement beaucoup plus rapidement en raison du relâchement d’essence et d’huile et du mélange de ces combustibles avec l’air. Il est difficile de déterminer à quel moment se produit l’inflammation : elle peut se produire très rapidement après l’accident ou seulement après un certain temps. On peut supposer que ces incendies suivent le même modèle de développement que celui décrit ci-dessus, quelles que soient la puissance finale de l’incendie et sa durée. La figure 5.2 donne le développement type initial d’un incendie.
Figure 5.2 - Développement initial de l’incendie dans le temps Initial fire development over time
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• the fire burns at or near its maximum size for about 10-15 minutes;
• the fire slowly extinguishes. Taking into account that most passenger car fires start in the engine, and that passenger car engine compartments are similar to those of lorries and busses, similar fire development patterns can be expected for larger fires. Fire size and duration will, of course, be very different. In the case of an accident, the fire will typically develop much faster due to the release of gas and oil and the mixing of these combustibles with air. The time for ignition is difficult to establish: it can occur very quickly after the accident or some time later. It can be assumed that these fires will follow similar initial development patterns as described above, regardless of final fire size and duration. Typical initial fire development is shown in Figure 5.2.
Figure 5.3 - Phases du comportement humain et du développement de l’incendie / Phases in human behaviour and fire development
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5.3.3 Comportement humain Un facteur important pour concevoir les dispositions d’évacuation est le comportement humain. Un rapport sur le comportement humain dans des situations dangereuses [24 ; 25] indique que les réactions les plus courantes vis-à-vis d’un incendie sont l’incrédulité, la sous-estimation et/ou le refus d’un danger potentiel. Ces sentiments se trouvent renforcés lors de la première phase d’un incendie s’il est faible et sans beaucoup de fumée. Le rapport conclut qu’environ 37 % des personnes présentes essaient d’éteindre le feu, 24 % avertissent les autres usagers, et seulement 16 % tentent de s’échapper. Une grande partie des personnes qui restent sur place se contentent de regarder l’incendie, certaines à courte distance. D’autres personnes encore sont inconscientes de la gravité de la situation parce qu’elles se trouvent à une certaine distance de l’accident, attendant dans leurs voitures de pouvoir continuer. Elles peuvent être alertées par quelque signal d’urgence ou bien lorsqu’elles se trouvent recouvertes par la fumée, ce qui peut se révéler trop tard dans les deux cas. Lorsqu’un petit incendie prend soudainement de l’ampleur, de nombreuses personnes se trouvent mises en danger par les fumées et les gaz chauds. Le comportement humain est tel que les gens essaient de faire, aussi longtemps qu’ils le peuvent, ce qu’ils avaient l’intention de faire ou ce qu’ils étaient en train de faire avant de se trouver impliqués dans une situation différente. En d’autres termes, il est difficile de modifier leur état d’esprit, d’une situation normale à une situation requérant un comportement inhabituel. Ce processus peut être divisé en trois phases (voir Figure 5.3) : • Phase de détection : temps nécessaire pour devenir conscient d’un
événement inhabituel. Dans le cas d’un incendie, c’est le temps qui s’écoule entre le déclenchement de l’incendie et celui où il est remarqué.
• Phase d’alerte : temps nécessaire pour évaluer quelle est la réaction la mieux appropriée.
• Phase d’action : temps pendant lequel l’action est entreprise. Les commentaires suivants peuvent être formulés au sujet de ces trois phases : • La durée de la phase de détection peut varier de façon significative selon
les usagers de la route et dépend largement de la distance entre le foyer de l’incendie et l’observateur. Les niveaux d’éclairage dans les tunnels routiers sont normalement peu élevés et la visibilité est limitée par les piédroits et le plafond, de sorte que la fumée ne peut pas se voir facilement de loin.
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5.3.3 Human Behaviour An important factor in designing escape provisions is human behaviour. A report on human behaviour in dangerous situations [24; 25] indicates that the most common reactions to fire are disbelief, underestimation and/or denial of potential danger. These feelings are strengthened in the first phase of a fire when it is small and without much smoke. The report concludes that about 37% of the people present will try to extinguish the fire, 24% will warn other people, and only 16% will try to escape. Many people will just watch the fire, from a short distance. Other people will be unaware of the severity of the situation because they are at some distance from the accident location, waiting in their cars until they can drive on. They may be alerted by some kind of emergency call or when they are covered by smoke, both of which may be too late. When a small fire suddenly grows larger, many people are in danger because of the smoke and heated gases. Human behaviour is such that people try to do, as long as they can, what they planned to do or what they were doing before they were involved in a different situation. In other words, it is difficult to change their minds from a normal situation to a situation requiring unusual behaviour. The process can be divided into three phases (see Figure 5.3): • detection phase: the time needed to become aware of an unusual event.
In the case of fire, this is the time from the fire breaking out to it being noticed;
• alarm phase: the time needed to assess the most appropriate response;
• action phase: the time in which action is taken. With regard to these three phases, the following comments are made: • the duration of the detection phase can vary significantly among different
road users, and greatly depends on the distance between the fire and the observer. Lighting levels in tunnels are typically low, and visibility is limited by the sidewalls and ceiling, so that smoke cannot be easily seen from a distance;
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• La décision prise pendant la phase d’alerte détermine le comportement et les actions de la phase suivante. En raison du stress dû à la situation, il est difficile de modifier ces décisions par des influences externes. Cela signifie qu’un concepteur de tunnel doit fournir autant d’informations que possible pour aider les gens à prendre les bonnes décisions. Ces informations doivent aussi être plus évidentes (frappantes) que les autres informations visuelles ou auditives.
• La phase d’action inclut aussi bien le temps nécessaire pour s’échapper que celui nécessaire pour entreprendre d’autres actions.
Le temps total d’évacuation est la somme des durées des trois phases. Le temps d’évacuation disponible dépend de la vitesse à laquelle l’incendie se développe et de la propagation de la fumée dans cette situation particulière. Pour calculer le temps d’évacuation, il faut connaître ou estimer au mieux la durée des deux premières phases. Il existe peu de littérature disponible sur ces trois phases car, pour autant que l’on sache, ce sujet a fait l’objet de peu de recherches. A partir de l’expérience et de quelques exercices d’évacuation, il est possible de conclure que, sans alerte ou instructions extérieures, les usagers ont besoin de 5 à 15 minutes pour décider qu’ils doivent faire quelque chose. Si l’on se base sur les durées normales de développement de l’incendie mentionnées précédemment, cela laisse aux usagers très peu de temps pour s’échapper, puisqu’ils ont utilisé la plus grande partie du temps disponible pour prendre une décision. Cette situation est illustrée par la figure 5.3. Le « retournement mental » doit donc se faire aussi rapidement que possible, pour que la phase d’évacuation soit aussi longue que possible. Une détection rapide de l’incendie et des instructions appropriées données aux usagers du tunnel peuvent raccourcir les deux premières phases, laissant ainsi plus de temps pour l’évacuation effective dans la troisième phase.
5.3.4 Ventilation Un objectif important du système de ventilation pendant un incendie est d’assurer que les voies d’évacuation restent exemptes de fumée. La publication « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » de l’AIPCR, 1999 [2] donne des recommandations pour la ventilation en cas d’incendie. Celles-ci sont complétées par le chapitre 4 du présent rapport. Les fumées menacent la vie des usagers pour plusieurs raisons. Une étude faite sur des incendies dans des immeubles [26 ; 27] a montré qu’il est impératif que les sorties de secours et les voies d’évacuation restent visibles dans les premiers instants de l’incendie, où doit se réaliser l’auto-évacuation.
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• the decision made during the alarm phase determines the behaviour and actions in the next phase. Because of the stress of the situation, it is very difficult to change such decisions by external influences. This means that a tunnel designer should provide as much information as possible to help people make the right decisions. This information should also be more noticeable (striking) than other visual or audible information;
• the action phase includes the time to escape as well as to take other actions.
The total evacuation time is the sum of the durations of the three phases. The available evacuation time depends on the speed of fire development and the spread of smoke in that particular situation. In order to calculate the evacuation time, one should know, or make a best guess at, the duration of the first two phases. There is limited literature available on these phases because, as far as is known, limited research has been conducted. From experience and some evacuation exercises, it can be concluded that without external warning or instruction, people need about 5-15 minutes to decide that something has to be done. Based on the typical fire development durations discussed above, this leaves people very little time to actually escape, as they have used much of their available time waiting to make a decision. This relationship is shown in Figure 5.3. “Mental turnaround” must therefore take place as quickly as possible for the effective evacuation phase to be as long as possible. Quick fire detection and appropriate instructions to tunnel users will shorten the first two phases, leaving more time for real escape in the third phase.
5.3.4 Ventilation An important goal of the ventilation system during a fire is to provide smoke-free escape routes. The publication “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” by PIARC, 1999 [2], provides recommendations for ventilation in case of a fire. These are complemented by section 4 of the present report. Smoke is life threatening to road users for several reasons. An investigation of building fires [26; 27] showed that the visibility of emergency exits and escape routes is imperative in the early stages of a fire, when self-evacuation should take place.
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La ventilation – qu’elle soit naturelle ou mécanique – peut aider à éviter que les espaces occupés se remplissent de fumées, maintenir les concentrations en CO à des valeurs faibles en fournissant de l’air frais et maintenir des niveaux de visibilité suffisants pour les panneaux signalant les voies d’évacuation. Les tunnels de moins de 300 m ne sont presque jamais équipés d’une ventilation mécanique. Les mouvements de fumée sont plus difficiles à prévoir s’il n’existe aucune ventilation mécanique. Les fumées se déplacent librement et ne subissent que l’influence des mouvements naturels de l’air et les effets de flottabilité. Comme le montre la figure 5.4, en l’absence de ventilation mécanique, l’espace réservé au trafic sur un seul côté ou sur les deux côtés de l’incendie est envahi par la fumée. Si la voie d’évacuation hors du tunnel est trop longue, des issues de secours doivent être prévues. Comme le montre la figure 5.5, les ouvrages partiellement fermés sont comparables aux tunnels « courts » en ce que les zones proches des ouvertures en toit sont sûres si toute la fumée peut s’échapper par les ouvertures. La zone située entre les ouvertures de toit peut se remplir de fumée. Si cette zone est trop longue, des issues de secours doivent être prévues. Dans les tunnels longs, il faut faire une distinction entre trafic unidirectionnel et trafic bidirectionnel. Ainsi que le décrit le rapport AIPCR « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2], la ventilation longitudinale est préférée à la ventilation transversale dans les tunnels unidirectionnels, où dans les tunnels unidirectionnels, les usagers se trouvent toujours en amont de l’incendie. Un système de ventilation longitudinale maintient la zone en amont du foyer libre de fumée, ce qui signifie qu’en théorie des itinéraires d’évacuation ne sont pas nécessaires. Cependant des issues de secours doivent toujours être prévues pour les cas exceptionnels, par exemple celui d’un incendie se développant jusqu’à un point tel que le système de ventilation ne peut plus agir, ou d’une explosion. En outre, on suppose généralement que le trafic en aval du foyer peut sortir du tunnel à vitesse normale. Mais il ne faut jamais négliger la présence possible d’usagers en aval de l’incendie. Par exemple, dans le cas d’un embouteillage, il peut se produire une collision donnant lieu à un incendie en fin de queue de cet embouteillage, comme le montre la figure 5.7. Dans ce cas, de nombreux usagers en aval seront affectés par la fumée lorsque la ventilation longitudinale sera mise en route. Cependant, si la ventilation longitudinale n’est pas actionnée, ce sont les usagers en amont de l’incendie qui seront affectés. Dans les tunnels avec fort risque de congestion, les distances entre les issues de secours doivent être suffisamment courtes pour que les temps d’évacuation soient rapides. Il est également nécessaire que la détection et l’alerte soient très rapides afin que les usagers disposent du maximum de temps pour aller vers les issues de secours. Dans tous les cas, il convient autant que possible d’éviter des embouteillages en tunnel au moyen de systèmes de gestion de la circulation.
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Ventilation – natural or mechanical – can help to prevent occupied areas from filling with smoke, keep CO concentrations low by providing fresh air and maintain sufficient visibility levels for escape route signs. Tunnels shorter than 300 m are almost never equipped with mechanical ventilation. Smoke movement is more difficult to predict when there is no mechanical ventilation. The smoke can move around freely and is only affected by natural air movement and buoyancy factors. As shown in Figure 5.4, in tunnels with no mechanical ventilation the traffic space on one or both sides of the fire can be affected by the smoke. If the escape route from the traffic space is too long, then emergency exits should be provided. As shown in Figure 5.5, partly closed structures are somewhat comparable to “short” tunnels in that areas adjacent to roof openings are safe if all the smoke can escape through the openings. The area between the roof openings can become filled with smoke. If this area is too long, then emergency exits should be provided. In long tunnels, a distinction must be made between unidirectional and bi-directional traffic. As described in the PIARC report “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2], longitudinal ventilation is favoured over transverse ventilation in unidirectional tunnels, road users are always present upstream of the fire. A longitudinal ventilation system keeps the area upstream of the fire smoke-free, which means that, in theory, there is no need for escape routes. However, emergency exits should always be provided to account for the unexpected, such as the fire developing to a size that the ventilation system can no longer handle, or an explosion occurring. Additionally, it is usually assumed that traffic downstream of the fire can leave the tunnel at normal driving speeds. However, the possibility of people being present downstream of the fire should never be neglected. For instance, in the case of a traffic jam, a collision causing a fire can happen at the tail end of the jam, as shown in Figure 5.7. In this case many people downstream will be affected by the smoke when the longitudinal ventilation system is activated. However, if the longitudinal ventilation system is not started, the smoke will affect the people upstream of the fire. In tunnels with high risk of congestion, the distances between emergency exits should be short enough to provide quick escape times. Very quick detection and warning is also needed to give road users as much time as possible to walk to the emergency exits. In any case, traffic jams in tunnels should be avoided as much as possible by traffic management systems.
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Figure 5.4 - Comportement de la fumée dans un tunnel court sans ventilation mécanique Smoke behaviour in a tunnel without mechanical ventilation
Figure 5.5 - Comportement de la fumée dans un tunnel avec ouvertures en toit Smoke behaviour in a tunnel with roof openings
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Figure 5.6 - Comportement de la fumée dans un tunnel avec extraction des fumées Smoke behaviour in a tunnel with smoke extraction
Figure 5.7 - Trafic unidirectionnel congestionné et ventilation longitudinale / Congested unidirectional traffic and longitudinal ventilation
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La ventilation longitudinale n’est pas le système préféré pour les tunnels bidirectionnels, car des personnes se trouvent piégées sur les deux côtés du foyer, et la ventilation longitudinale aggrave les conditions dans une direction. Dans ce cas, une ventilation transversale comprenant un contrôle du courant d’air longitudinal peut offrir une bonne solution (voir figure 5.8). Il est important de noter que de tels systèmes sont limités à une certaine puissance d’incendie (souvent 30 MW) par la capacité d’extraction. Si le débit de fumée produit dépasse cette capacité, les usagers peuvent être affectés défavorablement. Cela rend les issues de secours particulièrement utiles avec de tels systèmes : si les personnes sont prévenues à temps et de façon efficace et si elles réagissent rapidement, elles devraient pouvoir s’échapper avant que l’incendie n’atteigne une puissance que le système de ventilation ne peut pas gérer.
Figure 5.8 - Trafic bidirectionnel et ventilation transversale
5.3.5 Pente de la chaussée (déclivité)
La pente longitudinale de la chaussée a une influence sur la vitesse de progression à pied des usagers en train de s’échapper. Mais comme la pente d’une chaussée en tunnel est normalement inférieure à 4 %, on ne peut s’attendre qu’à des modifications mineures et négligeables de la vitesse de marche. La pente longitudinale influence aussi le répandage des liquides inflammables ou en train de brûler, ainsi que le mouvement des fumées, puisque la pente du plafond est très souvent la même que celle de la chaussée. Dans ce cas, les dispositions d’évacuation sont plus influencées par le type et l’existence de la ventilation.
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Longitudinal ventilation is not the most favoured system for bi-directional tunnels because people can be trapped on both sides of the fire, and longitudinal ventilation will worsen the smoke situation in one direction. In such cases, transverse ventilation including control of longitudinal air velocity can offer a good solution (see Figure 5.8). It is important to note that such systems are limited to a certain magnitude of fire (often 30 MW) by the exhaust capacity. If the smoke being generated exceed that capacity, people can be adversely affected. This makes emergency exits very useful in such systems: if people are warned in a timely and efficient manner, and if they react quickly, they should be able to evacuate before the fire develops to a size that cannot be handled by the ventilation system.
Figure 5.8 - Bi-directional traffic and transverse ventilation
5.3.5 Slope of the Road Surface (Grade)
The longitudinal slope of the roadway can influence the walking speed of people who are escaping. But since roadway tunnel slopes are typically less than 4%, only small and negligible changes in walking speeds are expected. The longitudinal slope will also influence the spread of burnable or burning liquids, as well as the spread of smoke, since the tunnel ceiling slope is very often the same as the road surface slope. In this case, escape provisions are more influenced by the type and availability of ventilation.
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5.3.6 Contrôles en tunnel Dans un tunnel surveillé 24 heures sur 24, il est habituellement possible de détecter rapidement un incendie (boucles dans la chaussée, télévision en circuit fermé ou autres dispositifs), et des instructions peuvent normalement être données rapidement aux usagers (par haut-parleurs, transmission radio, panneaux visuels, etc.), ce qui rend plus efficace l’évacuation.
5.4 Évacuation de secours
5.4.1 Issues de secours Inter-distance Les têtes d’un tunnel constituent elles-mêmes des issues de secours. Ainsi, pour un tunnel ne possédant pas d’issues de secours supplémentaires, la longueur de l’itinéraire d’évacuation est égale à la longueur totale du tunnel. Ce sont le type d’ouvrage et la longueur de l’itinéraire d’évacuation qui décideront de la nécessité ou non d’itinéraires d’évacuation et de sorties de secours supplémentaires. Plus la distance entre les issues de secours est courte, plus le niveau de sécurité est élevé. Il est relativement facile d’aménager des issues de secours (passages transversaux) d’un tube à l’autre si les tubes ne sont séparés que par une paroi ou un couloir d’évacuation. Mais, dans le cas de tunnels forés (en terrain rocheux ou meuble), l’aménagement d’issues de secours peut devenir une tâche important. Compte tenu de ce qui a été dit dans les chapitres précédents, on peut considérer ce qui suit : • un incendie demande un certain temps pour se développer, donnant ainsi
aux usagers le temps de s’échapper. Le temps de développement est relativement indépendant de la puissance ultime de l’incendie ;
• les usagers hésitent généralement à quitter leurs voitures et la zone potentiellement dangereuse. Les instructions données par l’exploitant peuvent les aider à s’échapper plus rapidement. Ces instructions ne peuvent être données que si le tunnel est surveillé, si l’attention de l’exploitant est attirée sur la situation dangereuse par un système de détection, et si l’exploitant a à sa disposition des systèmes de communication tels que transmission radio, haut-parleurs ou panneaux visuels ;
• le type de ventilation – naturelle ou mécanique– détermine si et comment les usagers seront affectés par les fumées. La ventilation doit maintenir les itinéraires d’évacuation exempts de toute fumée, au moins pendant un certain temps. Dans les tunnels non ventilés, les itinéraires d’évacuation doivent être plus courts que dans les tunnels pourvus d’une ventilation mécanique.
La distance optimale entre deux issues de secours est en général estimée entre 100 et 500 m.
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5.3.6 Tunnel Controls In a tunnel that is manned on a 24-hour basis, rapid fire detection is usually possible (by loops in the road, CCTV or other provisions), and quick instructions can usually be given to road users (by loud speakers, radio broadcasting, visual signs, etc.), ensuring more efficient escape.
5.4 Emergency Egress
5.4.1 Emergency Exits Spacing The tunnel portals are themselves emergency exits. So, for a tunnel without additional emergency exits, the length of the escape route is equal to the total tunnel length. The type of structure and the length of the escape route will dictate whether additional escape routes and emergency exits are necessary. The shorter the distance between emergency exits, the higher the safety level. Providing emergency exits (cross passages) from tunnel tube to tunnel tube is rather easy if the tubes are divided by only a wall or an escape corridor. However, providing emergency exits for bored tunnels (in rock or soft ground) can become a major task. Based on discussions in the previous sections, the following should be considered: • a fire needs some time to develop, thus giving road users time to escape.
The development time is somewhat independent of the ultimate fire size;
• road users usually hesitate to leave their cars and the potentially dangerous area. Instructions by an operator can help them to escape much quicker. Instructions can only be given if the tunnel is manned, if the operator’s attention is drawn to the dangerous situation by some detection system, and if the operator has the availability of communications systems such as radio broadcasting, loudspeakers or visual signs;
• the type of ventilation system – natural or mechanical – determines if and how road users will be affected by smoke. Ventilation must keep escape routes free of smoke, at least for a certain period of time. Escape routes in unventilated tunnels should be shorter than in tunnels with mechanical ventilation.
The optimal distance between two emergency exits is generally estimated to be between 100 and 500 m.
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Principes de dimensionnement • Les issues de secours doivent être clairement signalées afin de les
différencier des accès aux locaux techniques. La couleur recommandée pour les portes (très souvent le vert « issue de secours ») doit être examinée en combinaison avec le type d’éclairage du tunnel.
• Les portes et les ouvertures doivent avoir des dimensions permettant le passage de nombreuses personnes en peu de temps, ainsi que le passage des équipes de secours avec leur équipement et des civières.
• Les issues de secours doivent être soit visibles directement, soit identifiées par des panneaux visibles et reconnaissables à partir de n’importe quel point dans le tunnel.
• La luminance du sol des accès, des seuils de portes, etc., ainsi que le local situé juste derrière l’issue de secours doivent être « accueillants » et conçus de telle sorte que les personnes ne puissent ni tomber ni trébucher.
• L’éclairage/les balises en bordure de trottoir ne doivent pas être un obstacle pour les personnes à pied.
• Les portes des issues de secours ne doivent pas être verrouillées.1
5.4.2 Itinéraires d’évacuation Les itinéraires d’évacuation doivent être suffisamment vastes pour accepter le nombre de personnes auxquelles on peut s’attendre dans le tunnel au cours d’un incident. Les itinéraires d’évacuation dans des espaces fermés (couloirs) doivent avoir une largeur d’au moins 1,2 m pour permettre à deux usagers de marcher l’un à côté de l’autre. Cela permet aux personnes plus rapides de dépasser celles qui vont plus lentement, ou qui sont handicapées ou blessées. Un itinéraire d’évacuation doit conduire vers un lieu sûr, et non dans un espace fermé, un espace enfumé ou un espace avec circulation en mouvement. Si l’itinéraire d’évacuation conduit vers un autre tube du tunnel, des dispositions doivent être prises pour arrêter le trafic dans celui-ci avant que les personnes s’évacuant ne l’atteignent. Un itinéraire d’évacuation doit protéger ceux qui l’utilisent contre toute autre situation dangereuse. Les finitions doivent être claires et les niveaux d’éclairage suffisants pour qu’un usager puisse reconnaître le sol, les seuils de porte, les escaliers et les portes. Un itinéraire d’évacuation doit rester sûr et exempt de fumée pendant au moins 30 minutes après le déclenchement de l’incendie. La figure 5.9 propose quelques solutions pour des tunnels rectangulaires à deux tubes, et la figure 5.10 pour des tunnels forés circulaires à deux tubes.
1 Cependant, dans certains cas, on préfère verrouiller les portes pour éviter les actes de vandalisme.
Dans de tels cas, les portes doivent être déverrouillées immédiatement à distance lorsqu’il constaté qu’un incident s’est produit.
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Design Principles • Emergency exits should be clearly signed as such to distinguish them
from equipment room access. The recommended colour of the doors (very often the “emergency exit” colour green) must be considered in combination with the type of tunnel lighting;
• doors and openings should be sized to handle a large number of people in a short time as well as the passage of rescue workers with equipment or stretchers;
• emergency exits should be visible either directly or by visible and recognisable signs from any position in the tunnel;
• the luminance of access floors, doorsteps, etc. and the room just behind the emergency exit should be “inviting” and be designed to prevent people from falling or stumbling;
• curb lighting/markers should not be obstacles for walking people;
• emergency exit doors should not be locked.1
5.4.2 Escape Routes Escape routes should be large enough to handle the capacity of people expected to be present in the tunnel during an incident. Escape routes in enclosed spaces (corridors) should be at least 1.2 m wide to allow two people walking beside one another. This allows faster people to pass slower people who may be handicapped or injured. An escape route should lead to a safe place, and not to a closed area, a smoky area or an area with moving traffic. If an escape route leads to another tunnel tube, provisions should be made to stop the traffic in that tube before escaping people reach it. An escape route should protect those utilizing it from encountering another dangerous situation. . Escape route finishes should be light in colour, and lighting levels should be sufficient for a person to recognise the floor, doorsteps, staircases and doors. The escape route must remain safe and should be kept smoke free for at least 30 minutes after the start of the fire. Some escape route solutions for rectangular two-tube tunnels are shown in Figure 5.9 and for two-tube bored circular tunnels in Figure 5.10.
1 However, in some cases locked doors are preferred to prevent vandalism. In such cases, doors
should be remotely unlocked immediately upon determination that an incident has occurred.
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5.4.3 Abris Un abri doit offrir une protection contre des températures élevées et la fumée, disposer d’une ventilation suffisante et protéger contre les effets d’un incendie pendant une durée spécifiée (voir § 7.4.1). Un itinéraire d’évacuation séparé de l’espace de circulation doit être prévu pour pouvoir porter secours aux personnes qui ont trouvé refuge dans l’abri dans le cas où l’incendie durerait plus que la durée de résistance spécifiée de l’abri.
5.4.4 Accès des services de secours Les itinéraires et les portes d’évacuation servent aussi d’accès pour les services de secours. Cela implique que des dispositions doivent être prises pour qu’elles remplissent ce rôle. Par exemple : • les itinéraires et les portes d’évacuation doivent être suffisamment larges
pour laisser passer les brancards et le personnel infirmier, ainsi que les pompiers avec leur équipement ;
• lorsqu’un couloir entre deux tubes de tunnel sert pour l’évacuation, la porte de l’un des tubes doit s’ouvrir en face de la porte de l’autre tube. Cela permet de passer plus facilement d’un tube à l’autre ;
• les portes fermées par des ressorts ne doivent pas empêcher le passage des tuyaux d’eau des pompiers ;
• les portes doivent être visibles et clairement numérotées aussi dans le sens de l’accès des secours.
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5.4.3 Shelters Shelters must protect against high temperatures and smoke, provide sufficient ventilation, and be strong enough to withstand and protect against the effects of a fire during a specified time (see § 7.4.1). An escape route, separate from the traffic space, must be provided to rescue people who have taken refuge in the shelter in case the fire lasts more than the specified design resistance time of the shelter.
5.4.4 Access for Rescue Personnel Escape routes and escape doors are also the way in for rescue services. This implies that provisions should also be made to fit this application. For example: • escape routes and doors should wide enough for stretchers and nursing
personnel as well as firemen with their equipment;
• when an escape corridor between two tunnel tubes is utilized for evacuation, the door from one tube should open opposite to the door from the other tube. This makes it easier to pass from tube to tube;
• doors that close by spring should not impede the passing of the fire brigade’s water hoses;
• doors should be visible and clearly encoded also in the direction of rescue access.
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Figure 5.9 - Itinéraires d’évacuation dans un tunnel rectangulaire bi-tube /
Escape routes in a two-tube rectangular tunnel
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Figure 5.10 - Itinéraires d’évacuation dans un tunnel circulaire bi-tube /
Escape routes in a two-tube round (Circular) Tunnel
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5.5 Alarme et guidage Des panneaux très solides et clairs doivent être prévus pour alerter et guider les usagers impliqués dans un incident en tunnel, du fait que les personnes ont normalement des difficultés pour modifier leur action lorsqu’elles se trouvent placées dans une situation très différente de la norme [24]. Les avertissements et les instructions doivent être donnés de façon officielle, afin d’être reconnus comme sérieux et non comme de fausses alertes. Cela aide les usagers à réagir et à commencer l’évacuation sans craindre de mal réagir. Il est recommandé chaque fois que possible de donner au moins deux sortes d’avertissements ; par exemple, une alarme visuelle et une alarme audio, ou deux alarmes audio différentes. Si des systèmes de haut-parleurs existent, ils doivent être suffisamment audibles. Plus les instructions pour quitter le tunnel sont données tôt, plus les personnes auront de temps pour évacuer effectivement le tunnel (voir figure 5.3). Les issues de secours doivent être indiquées clairement dans le tunnel. La dimension et le texte des panneaux indiquant les issues de secours doivent être suffisamment grands pour être reconnaissables à une distance au moins égale à la demi-distance entre les portes d’évacuation. Une signalisation suffisante doit également être assurée le long des itinéraires d’évacuation pour aider les usagers à trouver leur chemin. Il est préférable que ces panneaux soient clairs et visibles dans les conditions d’exploitation normales, afin que les usagers apprennent la présence et l’emplacement des issues de secours.
5.6 Enquête sur l’évacuation de secours Une enquête a été menée en vue de donner un aperçu des normes nationales, des types d’itinéraires d’évacuation, de l’utilisation des abris, de l’éclairage des itinéraires d’évacuation, des panneaux signalant les itinéraires d’évacuation ainsi que des systèmes d’alerte en tunnel. Elle visait les normes, les exigences, les dispositions d’évacuation, l’éclairage et les panneaux, la ventilation, les systèmes de détection d’incendie et de fumée, les systèmes d’alerte et les procédures à suivre pendant un accident. Des informations ont été fournies par l’Autriche, la Finlande, la France, l’Allemagne, le Japon, la Norvège, la Suède, la Suisse et les Pays-Bas. Les résultats détaillés de l’enquête sont présentés dans l’Annexe 12.5. Il faut noter que, dans certains cas, les informations dépendent de la situation ou d’un tunnel spécifique. Dans ce cas, on a présenté la réponse la plus courante pour ce pays.
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5.5 Warning and Guiding Very strong and clear signs should be given to warn and guide road users involved in a tunnel incident due to the fact that people usually have difficulty changing their course of action when suddenly placed in a situation quite different from the norm [24]. Warnings and directions should be given in an official manner so that they are recognised as serious and not as false alarms. This will help people to react and begin evacuation without over-reacting. It is recommended that wherever possible two different kinds of warning signs be given; for example a visible and an audio alarm. If loudspeaker systems are used, they should be sufficiently audible. The sooner instruction is given to leave the tunnel space, the more time people will have to actually escape from the tunnel (see Figure 5.3). Emergency exits should be clearly marked in the tunnel. The size and text of emergency exit signs should be large enough to be recognisable from a distance equal to at least half the distance between escape doors. Sufficient signage should also be provided along escape routes to help people to find the way out. It is preferable that these signs be clear and visible during normal operating situations so that road users learn the presence and location of emergency exits.
5.6 Enquiry Provisions for Emergency Egress An enquiry was conducted to provide an overview of national standards, kinds of escape routes, use of shelters, lighting of escape routes, signs for escape routes and warning systems in tunnels. It aimed at norms, requirements, escape provisions, lighting and signs, ventilation, systems for fire/smoke detection, warning systems and procedures during an accident. Information was provided by Austria, Finland, France, Germany, Japan, Norway, Sweden, Switzerland and the Netherlands. The detailed results of the enquiry are presented in Appendix 12.5. It should be noted that in some cases the information depends on the situation or on a specific tunnel. In this case, the most common answer for that country has been presented.
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6 ÉQUIPEMENTS SPÉCIFIQUES POUR LES INCENDIES
6.1 Introduction Ce chapitre concerne les systèmes et équipements fixes nécessaires pour détecter et lutter contre les incendies dans les tunnels routiers. Les incendies dramatiques qui se sont produits au cours des dernières années (détaillés dans le chapitre 3) ont conduit à examiner minutieusement la sécurité dans les tunnels routiers et les concepts d’évacuation et de secours aussi bien dans les pays concernés qu’au plan international [28]. Au nom du Comité technique AIPCR « Exploitation des tunnels routiers », le Groupe de travail 6 a effectué une enquête sur les systèmes fixes de détection et de lutte contre les incendies dans les tunnels routiers [29]. Un questionnaire a été envoyé en juin 2000 à 49 pays au total. Il y était demandé des informations sur l’utilisation courante ou l’utilisation prévue des systèmes de détection et de lutte contre les incendies dans les tunnels routiers, y compris les systèmes de sprinklers, de sprinklers dits « déluge », de brouillard d’eau et les systèmes spécifiques de détection d’incendie, tels que ceux basés sur les mesures de température et d’opacité. Ce questionnaire demandait également des informations sur la capacité de ces systèmes à fonctionner dans des conditions réelles d’incendie en tunnel. 21 pays ont répondu, de façon plus ou moins détaillée. Le tableau 6.1 résume les réponses concernant l’utilisation des systèmes de détection et de lutte contre l’incendie. Un grand nombre des pays qui ont répondu utilisent des systèmes automatiques de détection d’incendie dans leurs tunnels routiers. Deux pays, le Japon et l’Australie, utilisent des systèmes automatiques de lutte contre le feu de façon courante. Les Pays-Bas ont mentionné des essais de systèmes de sprinklers utilisant de l’eau et la Norvège des essais de systèmes de brouillard d’eau.
6.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Le Comité technique de l’Exploitation des tunnels routiers a publié des documents sur les équipements spécifiques pour les incendies dans les rapports des Congrès mondiaux de la Route de Vienne (1979) [21], Sydney (1983) [30], Bruxelles (1987) [31] et Montréal (1995) [21]. Ce sujet a en outre été traité de façon très approfondie dans le rapport intitulé « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2], publié en 1999. Vienne 1979 Détecteurs Le Comité a recommandé que les programmes concernant l’incendie couvrent également la formation du personnel et l’information du public.
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6 FIRE SPECIFIC EQUIPMENT
6.1 Introduction This section addresses the fixed systems and equipment required to detect and suppress fires in road tunnels. The terrible fire incidents during the last few years (detailed in Section 3) have led to a situation where safety in road tunnels and evacuation and rescue concepts are being scrutinised in the affected countries as well as internationally [28]. On behalf of the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation, Working Group 6 conducted a survey on fixed fire detection and fire suppression systems in road tunnels [29]. In June 2000 a questionnaire was sent to a total of 49 countries. Information was requested regarding the current use or planned use of fire detection and fire suppression systems in road tunnels, including sprinkler systems, water flooding (deluge) systems, water mist systems and specific fire detection systems such as those based on temperature and opacity measurements. The questionnaire also requested information on the ability of these systems to function in real tunnel fire incidents. As of this writing, 21 countries have responded in some detail. Table 6.1 summarises the answers concerning use of fire detection and fire suppression systems. Many of the countries that responded are using automatic fire detection systems in their road tunnels. Two countries, Japan and Australia, are using automatic fire suppression systems on a regular basis in road tunnels. The Netherlands mentioned the testing of water sprinkler systems and Norway the testing of water mist systems.
6.2 Previous Work by PIARC The Technical Committee on Road Tunnel Operation has published material on fire specific equipment in reports to World Road Congresses in Vienna (1979) [21], Sydney (1983) [30], Brussels (1987) [31] and Montreal (1995) [1]. In addition, the subject was addressed in greater depth in the Report titled “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2] published in 1999. Vienna 1979 Detectors The Committee recommended that fire alarm programs also cover staff training and dispensation of public information.
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Tableau 6.1 - Utilisation des systèmes automatiques de détection et de lutte contre les incendies dans les tunnels de différents pays (situation en mars 2003)
N° Pays Commentaires
1 Australie Sprinklers dans tous les tunnels routiers urbains (déluge), en liaison avec des détecteurs linéaires et/ou boucles et/ou télévision en circuit fermé et/ou détection automatique des incidents (DAI). Utilisés comme inhibiteurs d’incendie (aux premiers stades) et/ou protection de l’infrastructure après évacuation. Détection automatique d’incendie.
2 Autriche Pas de sprinklers. Détection automatique d’incendie.
3 République tchèque Pas de sprinklers maintenant ni dans le futur. Détection d’incendie basée sur fibres de verre, élévation de température, opacité.
4 Danemark Equipements de sécurité du tunnel d’Oresund : pulvérisation d’eau dans la galerie de service, mousse d’azote pour les puisards des pompes de drainage utilisée contre les incendies d’hydrocarbures, azote/argon sous forme de gaz pour les locaux électriques. Détection d’incendie par détecteurs de fumée, thermiques et linéaires.
5 Egypte Pas de sprinklers. Détection automatique des incendies
6 Finlande Sprinklers incluant la détection automatique d’incendie dans les tunnels de service/tunnels d’accès aux entrepôts et parkings souterrains
7 France Pas de sprinklers. Détection automatique d’incendie par caméra TV avec analyse des images dans tous les tunnels surveillés.
8 Allemagne Pas d’équipements automatiques de lutte contre les incendies en utilisation ou prévus. Détection automatique d’incendie : préférence pour les systèmes thermiques.
9 Grèce Pas d’équipements automatiques de lutte contre les incendies en utilisation ou prévus. Systèmes linéaires de détection d’incendie, pas de détecteurs ponctuels utilisés (mais non interdits).
10 Italie Pas de sprinklers. Certains tunnels avec détection automatique d’incendie et détection automatique des incidents comme en France. 11 Japon Sprinklers dans des tunnels routiers (classes AA et A). Détection automatique d’incendie (classes AA et A).
12 Pays-Bas Essais de sprinklers. Pas d’équipement de détection d’incendie – incendie détecté par personnel de surveillance assisté par d’autres moyens comme détection du trafic (boucles en chaussée) et caméras vidéo (pas de traitement automatique des images).
13 Norvège Sprinklers dans un tunnel routier à Bergen. Essais de systèmes de brouillard d’eau pour les tunnels routiers. Environ 5 tunnels avec détecteurs de chaleur linéaires, détecteurs d’incendie aussi dans un tunnel TGV sous le nouvel aéroport d’Oslo ; pas de détection d’incendie dans les autres tunnels routiers, ferroviaires et métro.
14 Arabie Saoudite Pas de sprinklers.
15 Slovénie Pas de sprinklers. Détection automatique d’incendie. 16 Afrique du Sud Détection automatique d’incendie. 17 Suède Pas de sprinklers. 18 Suisse Pas de sprinklers. Détection automatique d’incendie et d’incidents dans les tunnels de plus de 400 m. 19 Turquie Boulevard périphérique d’Izmir (prévu) : pas de sprinklers ; détection automatique d’incendie. 20 Royaume-Uni Pas de sprinklers. Télévision en circuit fermé 21 USA 3 tunnels avec sprinklers, mais les sprinklers ne sont généralement pas recommandés [35].
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Table 6.1 - Use of automatic fire detection and fire suppression in tunnels of various countries (Status: March 2003)
N° Country Comments
1 Australia Sprinklers in all urban road tunnels, (deluge) in conjunction with linear detectors and/or loop systems and/or CCTV and/or automatic incident detection (AID). Used as fire inhibitor (early stage of fire) and/or infrastructure protection following evacuation. Automatic fire detection.
2 Austria No sprinklers in use. Automatic fire detection. 3 Czech Republic No sprinklers now and in the future. Fire detection based on glass fibres, temperature increase, CO, opacity.
4 Denmark Safety facilities of the Oresund Tunnel: Water spray system in the service gallery, nitrogen foam system for the drainage pump sumps against hydrocarbon fires, nitrogen/argon-gas for electrical rooms. Fire detection by smoke, thermal and line detectors.
5 Egypt No sprinklers. Automatic fire detection. 6 Finland Sprinkler systems including automatic fire detection in service tunnels/access tunnels to warehouses and underground car parks. 7 France No sprinklers. Automatic incident detection by TV camera with image analysis in all manned tunnels.
8 Germany No automatic fire suppression facilities in use or planned. Automatic fire detection: thermal systems preferred.
9 Greece No automatic fire suppression facilities in use or planned. Linear fire detection systems, no point detectors in use (but not interdicted).
10 Italy No sprinklers. Some tunnels with automatic fire detection and automatic incident detection like France. 11 Japan Sprinklers used in road tunnels (classes AA and A). Automatic fire detection (classes AA and A).
12 Netherlands Testing of sprinkler systems. No fire detection equipment -- fire detected by surveillance assisted by other means like traffic detection (loops in road surface) and video cameras (no automatic image-processing).
13 Norway Sprinkler system in one road tunnel in Bergen. Testing of water mist systems for road tunnels. About 5 tunnels with linear heat detector sensors, fire detectors also in a high speed rail tunnel underneath the new Oslo airport; no fire detecting equipment in other road, railroad and metro tunnels.
14 Saudi Arabia No sprinklers. 15 Slovenia No sprinklers. Automatic fire detection. 16 South Africa Automatic fire detection. 17 Sweden No sprinklers.
18 Switzerland No sprinklers. Automatic fire and incident detection in tunnels longer than 400 m.
19 Turkey Izmir Ring Road (planned): no sprinklers; automatic fire detection.
20 UK No sprinklers. CCTV equipment.
21 USA 3 tunnels equipped with sprinklers, but sprinklers not generally recommended [35].
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Les incendies peuvent être détectés par les usagers, par un équipement approprié ou par le personnel chargé de l’exploitation. La télévision en circuit fermé (CCTV) est particulièrement utile à cet égard, et elle peut être complétée par des équipements tels que des alarmes activées par l’enlèvement des extincteurs et/ou la détection automatique d’un incendie soit par une température maximale soit par un taux d’élévation (particulièrement utile dans les tunnels de grande longueur). Les instruments de mesure du flux de circulation peuvent aussi indiquer l’existence d’un problème. Sydney 1983 Détecteurs Comme une détection précoce de l’incendie est nécessaire, il est également recommandé que les salles de commande possèdent des alarmes auditives activées par les boutons-alarme, les téléphones d’urgence et les extincteurs. Les détecteurs activés par la température et les détecteurs de fumée sont utilisés pour détecter les incendies. Un détecteur activé thermiquement déclenche une alarme sonore lorsque la température dépasse une valeur pré-déterminée, ou s’élève plus rapidement que la normale. Le point de réglage de l’alarme doit être élevé pour limiter les fausses alertes. Un détecteur de fumée déclenche une alarme sonore lorsque la visibilité descend au-dessous d’un niveau pré-déterminé. Même de petits incendies peuvent dégager des quantités dangereuses de fumée. Les détecteurs d’incendie doivent pouvoir détecter la combustion de 20 litres d’essence, et doivent être installés dans les tunnels où le trafic de poids lourds est important, et les matières dangereuses autorisées. En conclusion, (1) il est important que le système de détection couvre la totalité du tunnel, (2) bien que l’efficacité des détecteurs ne soit pas reconnue par tous les exploitants, ils sont généralement installés dans les tunnels longs et à grande circulation, et (3) les deux types de détecteurs devraient être utilisés de façon combinée et, pour éviter les fausses alertes, être reliés au système de télévision en circuit fermé. Sprinklers Les sprinklers sont fixés au plafond ou sur les parois et prévus pour refroidir immédiatement le foyer lorsqu’un incendie démarre. Ils doivent donc être capables de déverser de grandes quantités d’eau ou de mousse. Les types de sprinklers installés dans les immeubles conviennent moins bien que ceux utilisés dans les hangars pour avions. Les systèmes de sprinklers présentent les problèmes suivants : • l’eau peut provoquer la dispersion d’essence en feu, • avec certains matériaux, le contact avec l’eau peut produire des réactions
dangereuses, • la vapeur produite peut réduire la visibilité,
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Fires may be detected by the tunnel user, by appropriate equipment or by the tunnel operations staff. Closed-circuit television (CCTV) is particularly useful in this respect, and it may be complemented by equipment such as alarms activated by the removal of fire extinguishers, and/or automatic fire determination through either maximum temperature or rate of rise (particularly useful in long tunnels). Instruments for measuring traffic flow can also indicate that a problem exists. Sydney 1983 Detectors Since early detection of a fire is required, it is further recommended that control rooms have audible alarms activated by alarm buttons, emergency telephones and fire extinguishers. Temperature activated detectors and smoke detectors are used to detect fires. A temperature activated detector sounds an alarm when the temperature exceeds a predetermined value, or rises more quickly than normal. The set point of the alarm must be high to minimize false alarms. A smoke detector sounds an alarm when the visibility falls below a predetermined level. Even small fires can produce dangerous quantities of smoke. Fire detectors should be able to detect the burning of 20 litres of petrol, and should be installed in tunnels with significant heavy goods traffic, and where dangerous materials are allowed. In conclusion, (1) it is important that the detection system covers the entire tunnel, (2) although the effectiveness of detectors is not recognized by all operators, they are usually placed in long and heavily travelled tunnels, and (3) both types of detectors should be used in combination and, to avoid false alarms, they should be linked to the CCTV system. Sprinklers Sprinklers are fixed to the ceiling or the walls and are intended to immediately cool the source when a fire starts. They must therefore be capable of discharging large quantities of water or foam. The types of sprinklers installed in buildings are less suitable than those used in aircraft hangars. The following problems with sprinkler systems are noted: • water can disperse burning petrol, • with some materials, contact with water can produce dangerous
reactions, • the steam which is produced can reduce visibility,
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• même si les flammes sont éteintes, les parties métalliques du véhicule ne refroidissent pas rapidement,
• l’essence continue à se vaporiser et peut produire un mélange explosif, • les surfaces chaudes peuvent enflammer l’essence qui se vaporise ou le
GPL. Compte tenu de ces facteurs défavorables, voire dangereux, il n’est pas recommandé d’installer des sprinklers dans les tunnels routiers. Bruxelles 1987 Détecteurs Les détecteurs d’incendie transmettent un signal d’alarme en salle de commande quand la température dépasse une certaine limite ou augmente avec une vitesse supérieure à une valeur déterminée. L’installation de détection peut être constituée par un tuyau métallique continu dans lequel l’air ou un gaz se dilate quand la température augmente (système réparti) ou par des appareils espacés entre eux de 25 m au maximum (système ponctuel), travaillant dans le même ouvrage. Les détecteurs quel que soit leur type doivent être sensibles à l’incendie de 20 l d’essence. L’intérêt d’un tel équipement est évident. Cette installation est à prévoir dans les ouvrages présentant des risques importants (tunnels à trafic intense de poids lourds, tunnels dans lesquels le transit de matières dangereuses est admis, tunnels sous-fluviaux ou sous-marins). Sprinklers Les sprinklers sont fixés à la voûte ou aux piédroits. Ils déversent dans le tunnel une certaine quantité d’eau ou de mousse. En l’état actuel des connaissances, cette installation est cependant déconseillée pour les motifs suivants : • l’eau peut propager sur une large surface les liquides inflammables en
combustion, • au contact de certains produits, l’eau peut provoquer des réactions
dangereuses, • même si les flammes sont éteintes, les parties métalliques des véhicules
ne se refroidissent pas rapidement ; les produits inflammables continuent à dégager des vapeurs qui peuvent produire un mélange explosif,
• le débit d’eau (ou de mousse) peut, comme il est arrivé au tunnel hollandais de Velsen, ne pas être suffisant pour éteindre l’incendie d’un véhicule ayant une charge combustible élevée.
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• even if the flames are extinguished, the metal in the vehicle does not cool quickly,
• petrol continues to vaporise and may produce an explosive mixture, • hot surfaces may ignite vaporising petrol or LPG gas.
In view of these adverse and even dangerous factors, the installation of sprinklers is not recommended in road tunnels. Brussels 1987 Detectors Fire detectors are designed to transmit a signal to the control centre when the temperature rises above a certain level or increases at a rate in excess of a predetermined value. The detection system can consist of one continuous metal tube in which the enclosed air or gas expands as the temperature increases (distributed detector) or of individual devices, spaced not more than 25 metres apart (isolated detectors), which work on the same premise. Detectors of any type should be able to detect the burning of 20 litres of petrol. Fire detection installations are clearly important. They should be provided in tunnels where there are significant risks (i.e., tunnels with significant heavy goods traffic, tunnels that allow the transport of dangerous materials, and underwater tunnels). Sprinklers Sprinklers are installed along the roof or walls of the tunnel. They are designed to distribute a certain quantity of water or foam. Given our present knowledge of the subject, however, the use of sprinkler systems in road tunnels is not recommended for the following reasons: • the water can result in the dispersion of burning liquids over a large
surface area; • water can cause dangerous reactions when it comes into contact with
certain products; • even if the flames are extinguished, vehicle metal does not cool very
quickly and inflammable products can continue to give off gases, leading to the presence of explosive mixtures;
• the water (or foam) that is distributed may, as in the case of the Velsen Tunnel in Holland, be insufficient to extinguish the fire of a vehicle carrying a large quantity of fuel.
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Montréal 1995 Détecteurs La détection automatique d’incident connaît un large développement. La détection des incidents peut être simplifiée par l’utilisation de la télévision en circuit fermé. Les systèmes de détection d’incendie peuvent être installés dans les tunnels de grande longueur, de configuration complexe ou empruntés par des véhicules transportant des matières dangereuses, où il est nécessaire d’être alerté rapidement ou de connaître de façon précise l’endroit où l’incendie s’est déclaré. Les détecteurs sont également très utiles dans les tunnels non surveillés pourvus d’une ventilation transversale ou semi-transversale, car sinon les capteurs de CO et d’opacité utilisés pour la ventilation normale déclenchent automatiquement le soufflage maximal d’air frais. Cette opération est contraire à l’opération d’urgence (en cas d’incendie) qui réduit ou stoppe le soufflage d’air frais et démarre l’aspiration de la fumée. Les détecteurs d’incendie sont donc utilisés dans ce but dans de nombreux pays. Sprinklers Aucun pays européen n’utilise des sprinklers de façon courante. Au Japon, ils sont utilisés dans les tunnels de grande longueur ou à fort trafic, pour refroidir les véhicules en feu. L’utilisation de sprinklers n’est pas recommandée pour les raisons suivantes :
• l’entretien peut être coûteux, • ils sont difficiles à manœuvrer manuellement, • leur efficacité est faible sur les incendies à l’intérieur des véhicules, • l’eau peut provoquer une explosion en présence d’essence et d’autres
substances chimiques si on ne lui ajoute pas des additifs appropriés, • la vapeur d’eau peut blesser les personnes, • la visibilité est réduite, • la couche de fumée est refroidie ou déstratifiée, si bien qu’elle peut
recouvrir l’ensemble du tunnel. Par conséquent, les dispositifs d’arrosage ne doivent pas être utilisés dans la zone d’incendie avant que toutes les personnes aient été évacuées.
6.3 Détection des incendies
6.3.1 But des détecteurs d’incendie Les détecteurs automatiques d’incendie dans les tunnels routiers sont conçus pour détecter des incendies de véhicules aussi rapidement que possible, afin que les équipements et les procédures de sécurité puissent être déclenchés directement. Les buts immédiats sont les suivants :
• informer les usagers de l’existence d’un incendie pour qu’un délai suffisant soit disponible pour l’auto-évacuation et les opérations de secours ;
• passer l’exploitation du tunnel (contrôle du trafic et systèmes de ventilation) sur le mode incendie.
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Montreal 1995 Detectors There is significant, ongoing development in the field of automatic incident detection. Detection of incidents can be simplified by means of CCTV monitoring. Fire detection systems can be used in tunnels that are long, complicated or that allow passage of vehicles carrying dangerous goods, and where it is necessary to have a quick alarm or to know the exact location of the fire. Fire detectors are also very helpful in unmanned tunnels with transverse or semi-transverse ventilation, because without them, the CO and opacity sensors used for normal ventilation would automatically activate the fresh air supply at maximum capacity. This operation is contrary to emergency (fire condition) operation, which reduces or stops fresh air and starts smoke extraction. Therefore, fire detectors are used for this application in many countries. Sprinklers No European country uses sprinklers on a regular basis. In Japan, sprinklers are used in long and heavily traveled tunnels to cool down vehicles on fire. Sprinklers are normally not recommended in road tunnels for the following reasons:
• maintenance can be costly • sprinklers are difficult to manually operate • sprinkler efficiency is low for fires inside vehicles • water can cause explosions with petrol and other chemical substances if
not combined with appropriate additives • vaporised steam can hurt people • visibility is reduced • the smoke layer is cooled down and de-stratified, so that it may cover the
whole tunnel. As a consequence, sprinklers must not be used in the area of the fire before all people have been evacuated.
6.3 Fire Detection
6.3.1 Purpose of Fire Detectors Automatic fire detectors in road tunnels are designed to detect vehicle fires as quickly as possible so that safety equipment and procedures can be directly activated. The immediate aims are to:
• inform tunnel users of the fire incident so that a sufficient time span is available for effective self-evacuation and rescue operations,
• modify tunnel operations (traffic control and ventilation systems) to fire mode.
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Les recherches sont centrées actuellement sur l’amélioration du temps de réaction des détecteurs d’incendie et la mise en oeuvre de systèmes vidéo pour la détection des incendies. Le chapitre 10 donne une liste de références détaillées concernant les détecteurs [28 ; 32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36 ; 37].
6.3.2 Paramètres des détecteurs d’incendie Généralités Les détecteurs d’incendie installés dans les tunnels routiers sont conçus pour résister aux conditions environnementales suivantes : • vitesses de l’air supérieures à 10 m/s, • mauvaise visibilité due aux échappements diesel et aux particules
provenant de l’abrasion des pneus et de la surface de la chaussée, • concentrations accrues et variables à court terme du monoxyde de
carbone (CO), dioxyde de carbone (CO2), oxydes d’azote et hydrocarbures,
• modification des intensités d’éclairement des phares, • chaleur des moteurs et fumées chaudes, • interférences électromagnétiques (courant électrique, câble, radio
mobile), • composition mixte du trafic (voitures, camionnettes, poids lourds, bus et
camions-citernes), qui a pour conséquence une obstruction à degrés divers de la section transversale du tunnel,
• fluctuation des pressions résultant d’un trafic en mouvement. Il est en outre impératif que l’équipement de détection incendie/alarme soit d’un prix raisonnable et d’un entretien facile. On trouvera au chapitre 10 une liste des références détaillées concernant les détecteurs incendie en environnement tunnel [28 ; 32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36 ; 37 ; 38 ; 39 ; 40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45]. Paramètres dictés par les règlements et normes Les règlements et normes internationaux spécifient les paramètres suivants pour les détecteurs automatiques d’incendie (Tableau 6.2) : • Temps maximal pour détecter un incendie
Les incendies dramatiques récents ont montré que les délais de détection doivent être courts. D’une façon générale, les détecteurs doivent déclencher les alarmes aussi vite que possible (de façon idéale dans les 60 secondes qui suivent le déclenchement de l’incendie) [32].
• Détermination du lieu de l’incendie La localisation spécifique de l’incendie dans le tunnel doit être déterminée dans une fourchette d’environ 10 mètres (Autriche) [33] et 50 mètres (Allemagne) [32].
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Research work is currently focused on improving the reaction time of fire detectors and implementing CCTV systems for fire detection. A list of detailed reference material regarding automatic fire detectors can be found in Section 10 [28; 32; 33; 34; 35; 36; 37].
6.3.2 Fire Detector Parameters General Fire detectors in road tunnels must be designed to withstand the following environmental conditions: • air velocities up to 10 m/s; • impaired visibility resulting from diesel exhaust fumes and abrasive wear
stemming from tires and the road surface; • increased and short-term fluctuating concentrations of carbon monoxide
(CO), carbon dioxide (CO2), nitrogen oxides and hydrocarbons;
• changing headlight intensities; • engine heat and hot fumes; • electromagnetic interferences (i.e., power current, cable, mobile radio);
• mixed vehicular traffic (i.e., cars, small lorries, heavy load lorries, buses
and tankers) that will result in varying degrees of tunnel cross section obstruction;
• fluctuating pressure loads resulting from moving traffic. Furthermore, it is imperative that the fire detection/alarm installation be reasonably priced and simple to maintain. A list of detailed reference material regarding fire detectors in tunnel environments can be found in Section 10 [28; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45]. Parameters Dictated by Codes and Standards The following parameters for automatic fire detectors are specified in national and international codes and standards (Table 6.2): • Maximum time for a fire to be detected
Recent fire disasters have indicated the need for short detection periods. In general, fire detectors should activate alarms as soon as possible (ideally within 60 seconds of the fire breaking out [32]).
• Determination of the fire site The specific location of the fire within the tunnel must be determined to within approximately 10 metres (Austria) [33] and 50 metres (Germany) [32].
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• Puissance minimale d’incendie à détecter Les détecteurs automatiques doivent détecter des petits incendies d’une puissance thermique comprise entre 1,5 MW et 5 MW. Cette fourchette couvre les incendies de moteur et les incendies complets de voiture ainsi que les stades initiaux des incendies majeurs (par exemple un camion et son chargement). Les puissances d’incendie et les quantités de fumée dégagées dans les incendies réels (par exemple un incendie de camion de 30 MW) données dans les recommandations pour le dimensionnement des usines de ventilation et des revêtements de tunnel ne conviennent pas pour dimensionner des installations d’alarme incendie automatique, celle-ci devant être déclenchée bien avant que l’incendie n’atteigne sa pleine ampleur. Ainsi, par exemple, la directive autrichienne RVS 9.282 [33] indique qu’une alarme fiable doit être donnée alors que l’incendie est encore en train de couver. En outre, des données faisant correspondre la charge d’incendie avec la puissance thermique sont fournies dans les règlements et normes. Par exemple, le RABT [32] fait correspondre une puissance thermique de 5 MW (incendie de voiture) à la combustion de 20 litres d’essence sur une surface de 4 m².
• Méthodes de détection approuvées (par ex. [32 ; 33]). • Emplacements de fixation des alarmes incendie (par ex. [32]). • Division du tunnel en sections ou zones d’alarme, de telle sorte que les
autres sections puissent continuer à fonctionner si l’installation d’alarme incendie est détruite dans une section [32 ; 33].
• Paramètres permettant de déterminer quels tunnels doivent être équipés d’une alarme incendie automatique (par exemple, longueur du tunnel, tunnels avec ventilation mécanique, tunnels qui ne sont pas surveillés en permanence, tunnels courts avec trafic particulièrement dense) [32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36]. Les paramètres inclus dans certains règlements et normes sont extrêmement détaillés (par exemple, Allemagne [32], Autriche [33]). D’autres cas indiquent seulement quels sont les tunnels à pourvoir d’une détection automatique d’incendie. Les données techniques concernant ce système doivent être traitées par les experts chargés de la conception de ce tunnel particulier (par exemple, procédure en France [34]). En plus du type de détecteur incendie qui sera utilisé (par exemple, alarme maximale et différentielle), les équipements servant à surveiller le trafic (par exemple, appareils de mesure du CO et de la visibilité, caméras vidéo) devraient aussi être utilisés pour détecter les incendies (RABT [32], Directive suisse de ventilation [36]).
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• Minimum fire load to be detected The automatic fire detectors should be capable of detecting small fires with heat release rates in the range of 1.5 MW to 5 MW. This range covers engine and full-scale car fires as well as the initial stages of major fires (e.g. lorry with load).
Fire loads and smoke quantities for full-scale fires (e.g. a 30 MW lorry fire) provided in the codes of practice for sizing ventilation plants and tunnel linings are not appropriate for sizing automatic fire alarm installations, because fire alarms must be activated long before the fire reaches full-scale. Thus, for example, the Austrian guideline RVS 9.282 [33] indicates that a reliable alarm is required during the smouldering stage of the fire.
In addition, data relating fire load to heat release rate are supplied in the codes and standards. For example, RABT [32] relates a heat release rate of 5 MW (car fire) to a fire involving 20 litres of petrol over an area of 4 square metres.
• approved detection methods (e.g. [32; 33]); • assembly points for fire alarms (e.g. [32]); • division of the tunnel into alarm sections or zones, so that the other
sections remain capable of functioning should the automatic fire alarm installation in one section be destroyed [32; 33];
• details pertaining to which tunnels should be provided with automatic fire alarm installations (e.g. length of tunnel, tunnels with mechanical ventilation, tunnels that are not permanently monitored by personnel, short tunnels with particularly high traffic densities) [32; 33; 34; 35; 36] .
The parameters included in some codes and standards are extremely detailed (e.g. Germany [32], Austria [33]). Other cases simply state which tunnels must be provided with automatic fire detection. Technical data related to such a fire alarm system is expected to be handled by the design experts for that particular tunnel (e.g. procedure in France [34]).
In addition to the type of fire detector to be used (e.g. maximum and differential alarm), equipment used to monitor normally-flowing tunnel traffic (e.g. CO and visibility measuring units and video cameras) should also be used to detect fires (RABT [32], Swiss Ventilation Guideline [36]).
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Les emplacements possibles pour fixer les détecteurs incendie sont le plafond au-dessus de l’espace de circulation (capteurs de température de l’air, par ex. RABT [32]) et la zone du piédroit proche du plafond (capteurs à infrarouges, par exemple, Japon [38 ; 45]).
On trouvera au chapitre 10 une liste détaillée des références concernant les paramètres des détecteurs d’incendie décrits dans des règlements [32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36]. Autres paramètres Les installations d’alarme incendie automatique doivent aussi respecter les paramètres suivants : • Selon RABT [32], l’incendie de projet correspond à un incendie de
20 litres d’essence sur une surface de 4 m². Avec des vitesses de l’air allant jusqu’à 3 m/s, le temps maximal de réaction à cet incendie est de 60 secondes [32].
• Dans le cas d’un système de ventilation transversal ou semi-transversal, l’incendie doit être localisé à 50 mètres près [32].
• Sécurité contre les fausses alertes Le système d’alarme incendie automatique doit présenter une garantie contre les fausses alarmes déclenchées par des sources éventuelles de perturbation. En fonction de la méthode de détection, l’apparition de fausses alertes peut être réduite : o Par la communication chronologique des valeurs mesurées en cas
d’incendie (comme par ex. en Suisse [36]), où la Directive sur la Ventilation prescrit un temps de notification de 10 s pour les mesures de température, de visibilité, de CO et de vitesse de l’air.
o Dans le cas de détecteurs de gaz, par une faible sensibilité à d’autres composants gazeux présents dans la zone de circulation.
o Dans le cas des détecteurs par rayons infra-rouges, par une faible sensibilité à d’autres sources de rayonnements telles que chaleur des moteurs, gaz d’échappement chauds et lumière des phares [38 ; 45].
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Possible assembly points for fire detectors include the tunnel ceiling above the vehicle clearance zone (sensors for air temperature, e.g. RABT [32] ) and the tunnel sidewall close to the ceiling (infrared sensors, e.g. Japan [38; 45] ).
A list of detailed reference material regarding fire detector parameters described in codes can be found in Section 10 [32; 33; 34; 35; 36]. Other Parameters Automatic fire alarm installations within a tunnel should also adhere to the following parameters: • According to RABT [32], the design fire is a fire involving 20 litres of petrol
over an area of 4 square metres. With air velocities of up to 3 m/sec, the maximum response time to this fire is 60 seconds [32].
• For semi-transverse and transverse ventilation systems, the fire site must be identified to within 50 metres [32].
• Safety against false alarms The automatic fire alarm system must avoid false alarms triggered by possible sources of disturbance. Depending on the method of detection, false alarm occurrences can be reduced by: o Chronological communication of the measurement values in the event
of fire (as e.g. in Switzerland [36]), where a notification time of 10 seconds is prescribed in the Ventilation Guideline for measuring temperature, visibility, CO and air speed.
o In the case of gas detectors, through low lateral sensitivity versus other gas components that are present in the traffic zone.
o In the case of infrared detectors, through low lateral sensitivity versus other radiation sources such as engine heat, hot fumes and light produced by headlamps [38; 45].
Tableau 6.2 - Paramètres des détecteurs d’incendie en tunnel routier dans les règlements N°
Pays Code Temps de détection Localisation de l’incendie
Puissance d’incendie Méthode de détection Emplacement de fixation
1 D RABT, projet 1.3.2002 [32]
≤ 60 s à VLuft jusqu’à 6 m/s
≤ 50 m 5 MW (20 l d’essence sur 4 m2)
(1) Des capteurs thermiques linéaires réagissent à l’augmentation de température et au niveau de température
(2) Les capteurs thermiques doivent être complétés par des mesures de visibilité du trafic (tous les 150 m)
(3) Approuvée comme alternative : caméras thermiques et unités vidéo avec détection d’image
Plafond du tunnel au-dessus de la zone de circulation
2 A RVS 9.282, 7.2002 [33]
(1) VLuft < 3 m/s : a) pré-alarme :
≤ 60s b) alarme : ≤ 90s (2) VLuft ≥ 3 m/s : a) pré-alarme :
≤ 120s b) alarme : ≤ 150s
≤ 10 m (1) VLuft < 3 m/s : env. 1,5 MW (2 incendies chacun de 10 l d’alcool 1 m2 par bouteille)) VLuft ≥ 3 m/s : env. 3,5 MW (2 incendies avec mélange de 10 l diesel et 5 l essence, 1 m2 par bouteille)
(1) Alarme maximale et différentielle ou autre système techniquement équivalent
(2) Points de mesure tous les 10 m max. (3) Alarme fiable requise pendant la phase où
l’incendie couve (4) Distinction nécessaire entre les fumées d’incendie
et les facteurs de gêne tels que poussières et fumée
3 F Circulaire interministé-rielle n°2000-63 du 25.8.2000 [34]
Exigés uniquement pour les tunnels qui ne sont pas surveillés en permanence et qui sont équipés d’une ventilation transversale ou semi-transversale. Exigences techniques fixées au cas par cas ; pas d’exigences fixées par les textes Détection automatique d’incidents obligatoire dans les tunnels surveillés
4 CH Directive : Ventilation des tunnels routiers, projet avril 2001 [36]
≤ 60 s ≤ 20 m Directive pour essais incendie en préparation
(1) Tous les capteurs appropriés sont approuvés, y compris les unités vidéo
(2) Les tunnels avec ventilation mécanique doivent avoir une détection incendie continue
(3) Fourchette de mesure des températures des détecteurs de –20oC à +100oC (précision ±2oC)
(4) Temps de communication des valeurs mesurées en cas d’incendie : 10 s (température, visibilité, CO, VLuft)
Températures: au-dessous du plafond du tunnel
5 USA NFPA 502 Edition 2001 [35]
-- ≤ 15 m 5 MW (incendie d’essence de 2 m2)
(1) Système vidéo approuvé pour la détection incendie, également pour tunnels surveillés en permanence
(2) Les systèmes doivent être conformes à NFPA 72
Table 6.2 - Road tunnel fire detector parameters in codes of practice No Country Code Detection Time Fire Site
LocalisationFire Load Detection Method Assembly
Point 1 D RABT, Draft
1.3.2002 [32]
≤ 60 s at VLuft up to 6 m/s
≤ 50 m 5 MW (20 l of petrol over 4 m2)
(1) Line temperature sensors react to rise in temperature and temperature level
(2) Temperature sensors must be supplemented by visibility measurements of traffic (at 150 m gaps)
(3) Approved as an alternative: Heat cameras and video units with image detection
Tunnel ceiling above the clearance zone
2 A RVS 9.282, 7.2002 [33]
(1) VLuft < 3 m/s: a) pre-alarm: ≤ 60s b) alarm: ≤ 90s (2) VLuft ≥ 3 m/s: a) pre-alarm: ≤ 120s b) alarm: ≤ 150s
≤ 10 m (1) VLuft < 3 m/s: ca. 1.5 MW (2 fires each with 10 l of
pirits 1 m2 per bottle) (2) VLuft ≥ 3 m/s: ca. 3.5 MW (2 fires
with mix of 10 l diesel and 5 l petrol, 1 m2 per bottle)
(1) Maximum and differential alarm process or other technically equivalent system
(2) Measurement point gap max: 10 m (3) Reliable alarm required during the
smoldering fire phase of a fire (4) Distinction between fire smoke and
disturbance factors such as dust and fumes required
3 F Inter-Ministry Circular No. 2000-63 from 25.8.2000 [34]
Only required for tunnels not permanently manned by operating personnel and equipped with transverse or semi-transverse ventilation Technical requirements decided on a case by case basis; no technical requirements imposed in the regulations Automatic incident detection is compulsory in manned tunnels
4 CH Guideline: Road Tunnel Ventilation, Draft April 2001 [36]
≤ 60 s ≤ 20 m Guideline for fire tests being prepared
(1) All suitable sensors including video units are approved
(2) Tunnels with mechanical ventilation must contain continuous fire detection
(3) Temperature measurement range for fire detectors –20oC to +100oC (accuracy ±2oC)
(4) Communication times for measurement values in the event of a fire: 10 s (temperature, visibility, CO, VLuft)
Temperatures: beneath the tunnel ceiling
5 USA NFPA 502 Edition 2001 [35]
-- ≤ 15 m 5 MW (2 m2 large petrol fire)
(1) Video monitoring approved for fire detection also for tunnels supervised full-time by personnel
(2) Systems must conform to NFPA 72
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o En comparant les valeurs mesurées avec les mesures d’un second système d’alarme incendie [38 ; 45], les mesures des capteurs voisins, dans le cas de capteurs à infrarouges, les mesures de deux séries
de longueurs d’ondes influencées à des degrés divers par des facteurs de perturbation [38 ; 45].
• Fonctionnement à des températures environnantes allant d’environ - 30°C (hiver) à environ + 100°C (feu naissant).
• Les alarmes de détection incendie par température de l’air doivent enregistrer la température de l’air avec une précision de ±2°C (Directive suisse de Ventilation [36]).
• Les capteurs réagissant à la pression (câbles spéciaux) doivent être insensibles aux effets de pression/succion produits par l’exploitation du tunnel.
• Les systèmes de détection d’incendie doivent être pourvus d’un équipement permettant de les tester automatiquement et donc de déceler les défauts pouvant les affecter [42].
• Le système de détection d’incendie doit être aussi fiable et facile d’entretien que possible. Il doit être construit selon une base modulaire, afin que les pièces défectueuses puissent être remplacées rapidement et facilement.
6.3.3 Méthodes utilisées actuellement Le tableau 6.3 donne les principes de fonctionnement des détecteurs incendie utilisés actuellement. Câble fibre de verre Dans le cas des détecteurs d’incendie linéaires fibre de verre, des impulsions laser sont conduites le long du câble en fibre de verre (voir figure 6.1). Il existe deux types de détecteurs en fibre de verre :
• Variante 1 : la fibre de verre est placée dans un tube rempli de cire et enveloppée de fibres aramide [42]. Le tube rempli de cire gonfle lorsqu’il est exposé à une température élevée et les fibres aramides déforment le câble de fibre de verre. Cela provoque la dispersion des impulsions laser par la chaleur.
• Variante 2 : modification dans la fibre de verre par influence directe de la température [41 ; 42 ; 43 ; 44]. Dans ce système de détection, la lumière laser de brillance modulée est conduite dans une fibre optique de quartz posée au plafond. Les températures élevées altèrent l’interaction entre la lumière laser et la structure cristalline du quartz. La lumière laser est réfléchie partiellement et son spectre de longueur d’onde se modifie. Le signal lumineux réfléchi et à brillance modulée contient des données concernant la température le long du câble ainsi que sur les points où la température a augmenté. Chaque câble comporte deux fils de fibre de verre qui fonctionnent indépendamment l’un de l’autre, si bien que le système de détection est redondant. Un seul système peut surveiller environ 4 km de tunnel.
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o Comparing the measurement values with measurement values from a second fire alarm system [38; 45] measurement values from neighbouring sensors in the case of infrared sensor measurements in two wavelength ranges,
which are influenced to varying degrees by disturbance factors [38; 45]
• Suitability of surrounding temperatures of approximately –30°C (winter) to approximately +100°C (nascent fire)
• Air temperature fire detection alarms must be capable of registering the air temperature within this range to an accuracy of ± 2°C (Swiss Ventilation Guideline [36]).
• Sensors reacting to pressure changes (special cables) must be unaffected by pressure/suction loads from the tunnel operation.
• The fire detection systems must be fitted with automatically operating test equipment that can determine disturbances affecting the plant [42].
• The fire detection system must be as reliable and maintenance-free as possible. The system should be built on a modular basis so that defective parts can be quickly and easily replaced.
6.3.3 Currently Used Methods Table 6.3 includes the functioning principles of fire detectors currently in use. Fibreglass-Supported Line With fibreglass-supported line fire detectors, laser impulses are conducted through the fibreglass cable (see Figure 6.1). Two types of fibreglass-supported line fire detectors are described below:
• Variant 1: Fibreglass is located on a wax-filled tube and is enveloped by aramide fibres [42]. The wax-filled tube expands when exposed to elevated temperature and the aramide fibres deform the fibreglass line. This leads to a temperature-related backscattering of laser impulses.
• Variant 2: Changes in the fibreglass through direct temperature influence [41; 42; 43; 44]. In the case of this fire detection system, brightness-modulated laser light is conducted through a quartz glass optical fibre laid in the tunnel roof. Elevated temperatures alter the interaction between the laser light and the quartz glass crystal structure. The laser light is partially reflected and its wavelength spectrum changes. The reflected and brightness-modulated light signal contains data pertaining to the temperature along the cable as well as points where the temperature has increased. Each cable contains two fibreglass lines that operate independently of each other, so that the detection system can operate on a redundant basis. An approximate 4-km-long tunnel section can be monitored by means of a single system.
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La technologie de la fibre de verre peut s’appliquer pour une plage de température de – 30° à + 90°C environ. Les avantages de la fibre de verre sont, en particulier : • une localisation précise, même si plusieurs foyers d’incendie se
déclarent, • une mesure précise des températures le long d’un câble de 4 km
environ, • une insensibilité aux interférences électromagnétiques, aux fluctuations
de la pression et de la température de l’air, aux substances agressives et corrosives.
Tableau 6.3 - Principes de fonctionnement des détecteurs d’incendie [32 ; 33 ; 37 ; 38 ; 39 ; 40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45 ; 46]. N° Type de détecteur
incendie Principes de fonctionnement
Variante 1 : • déformation de la fibre de verre par des fils insérés dans la cire, • dispersion des impulsions laser dans la fibre de verre déformée.
1 Câble fibre de verre
Variante 2 : • modification des vibrations dans la grille de cristal de verre par
influence directe de la température, • exploitation de la division liée à la température du rayon laser
dispersé dans les fibres de quartz en plusieurs plages de longueurs d’onde.
2 Tubes capteurs remplis de gaz
Augmentation de pression due au feu dans l’élément capteur linéaire (longueur jusqu’à 130 m)
3 Câbles capteurs Capteurs individuels adressables dans le câble Mesure des températures (valeur, augmentation en fonction du temps)
4 Mesure de visibilité Variante 1 : mesure de la lumière dispersée par les particules Variante 2 : absorption de la lumière sur une longueur située sous le plafond du tunnel
5 Détection thermique des rayonnements
Rayonnement infrarouge dans la bande de 1 à 1,7 μm, ainsi que pour la longueur d’onde de 4,4 μm seulement (bande CO2) et également vacillement des flammes (1 à 15 Hz)
6 Détection des gaz Mesures des rayonnements infrarouges du CO ou CO2 Le CO2 est plus prévisible car il n’est pas lié à la qualité de la combustion
7 Détection des fumées par vidéo (VSD)
Augmentation rapide du contraste Atténuation des modifications rapides des images dues aux mouvements de véhicules
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Fibreglass technology can be applied within a temperature range of approximately –30°C to +90°C. The advantages of fibreglass include: • precise localisation, even in the event of several fire sites, • precise temperature measurement over a cable length of approximately 4 km, • insensitive to electromagnetic interference, air pressure and temperature
fluctuations, aggressive and corrosive substances.
Table 6.3 - Functioning principles of fire detectors [32; 33; 37; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46] No. Type of Fire Detector Functioning Principles
Variant 1: • fibreglass deformation through threads in the wax body, • backscattering of laser impulses in deformed fiberglass.
1 Fibreglass-supported line
Variant 2: • change in the quartz glass crystal grid vibrations through direct
influence of temperature, • exploitation of temperature-related division of the backscattered laser
light in the quartz glass fibres into several wavelength ranges. 2 Gas-filled sensor tubes Fire-related increase in pressure in line sensor element (length up to
130 m) 3 Sensor cables Addressable individual sensors in the cable
Temperature measurement (height, time-dependent increase) 4 Visibility measurement Variant 1: scattered light measurements of drawn-in particles
Variant 2: light absorption along a radiated section beneath the tunnel ceiling
5 Radiation heat detection
Infrared radiation in 1 μm- and 1.7 μm-band, as well as only 4.4 μm (CO2 band) and additionally flickering of the flames (1 Hz to 15 Hz)
6 Gas detection Measures infrared radiation of released CO or CO2 CO2 type is more predictable because it is not related to degree of combustion process
7 Video smoke detection (VSD)
Rapid increase in contrast Fading out rapid image changes through vehicle movements
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Figure 6.1 - Sonde de température linéaire avec fibres optiques [42] /
Linear temperature sensor with optical fibres [42] Tubes capteurs remplis de gaz Un tube capteur rempli de gaz est fixé au plafond du tunnel [42] par sections de 130 mètres maximum. Un capteur de pression contrôle la pression dans le tube et déclenche une alarme si la température/pression augmente. Le foyer d’incendie est localisé en fonction de la position du tube capteur dans le tunnel. Aucune mesure supplémentaire de température n’est effectuée. Un moteur test avec pompe de pression produit une surpression définie de façon précise dans le tube capteur à intervalles réguliers. Si la mesure de la pression ne coïncide pas avec la plage désirée, en raison par exemple d’un défaut dans le tube, un message de dysfonctionnement est envoyé. Le tube capteur n’est pas affecté par l’environnement du tunnel (poussière, gaz humides et agressifs, interférences électromagnétiques).
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Figure 6.1 - Sonde de température linéaire avec fibres optiques [42] /
Linear temperature sensor with optical fibres [42] Gas-filled Sensor Tubes A gas-filled sensor tube is fixed to the ceiling of the tunnel [42] in maximum section lengths of 130 metres. A pressure transducer monitors the pressure in the sensor tube and activates an alarm in the event of elevated temperature/pressure. The fire site is located based on the relative position of the sensor tube section in the tunnel. No additional temperature measurement is conducted. A test motor with a pressure pump produces an exactly defined overpressure in the sensor tube at regular intervals. If the pressure measurement does not fall within the desired range, e.g. owing to a leak or damage to the tube, a malfunction message is displayed. The sensor tube is unaffected by the environmental conditions in the tunnel (dust, aggressive and moist gases, electromagnetic interferences).
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Systèmes par câble capteur Les capteurs thermiques [42 ; 44] sont placés selon des intervalles définis dans un câble capteur entièrement fermé. La température en chaque point de mesure est fournie de façon séquentielle au moyen d’un contrôle électronique et la valeur transmise à l’unité d’évaluation. Les valeurs mesurées sont clairement attribuées à chaque capteur thermique sur la longueur du tunnel. Un logiciel de contrôle divise l’ensemble de la section de mesure en différents secteurs pour permettre de définir les différents seuils d’alarme. Il existe deux types de seuils d’alarme : Valeur absolue
Une alarme est déclenchée lorsque la température absolue est atteinte. Cette valeur absolue est pré-déterminée ou pré-réglée lors de l’installation
Valeur différentielle La valeur de la température relevée en chaque point de mesure est comparée à une valeur de référence. Une alarme est déclenchée lorsque le différentiel de température entre la valeur mesurée et la valeur de référence est atteint ou lorsque l’on enregistre une augmentation de la température de quelques degrés pendant une certaine période (méthode différentielle). Cette méthode permet de prendre en compte les fluctuations de température journalières ou saisonnières. Le câble sonde permet de mesurer des températures dans une plage comprise entre + 40°C et + 85°C (et pour un laps de temps réduit jusqu’à + 120°C). Les températures sont traitées selon une résolution de 0,1°C. Le câble est normalement accroché à l’aide de fixations espacées d’un mètre environ. Une section de câble endommagée peut être facilement remplacée et le câble reconnecté avec des systèmes de couplage.
Mesure de visibilité Des mesures de visibilité sont effectuées dans les tunnels pour commander les équipements de ventilation. Ces mesures sont basées sur l’un des deux principes suivants [32 ; 39 ; 40 ; 42] : Lumière diffusée
On mesure la lumière diffusée par un échantillon d’air aspiré dans une chambre. Une unité de chauffage placée au point de prélèvement de l’échantillon réduit l’influence de facteurs tels que l’humidité. La lumière diffusée sous un angle donné (par exemple, 30 degrés) est comparée à la lumière directe. On élimine ainsi les fluctuations dans la source lumineuse ainsi que les effets du vieillissement et la dépendance vis-à-vis de la température du système électronique.
Extinction Les émetteurs et les récepteurs de lumière sont installés sous le plafond du tunnel à des intervalles prescrits. On mesure l’extinction de la lumière entre un émetteur et un récepteur.
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Sensor Cable Systems Temperature sensors [42; 44] are located at defined intervals in a completely closed sensor cable. The temperature at each individual measurement point is obtained sequentially by means of electronic control, and the value is transferred to the evaluation unit. The measured values are clearly allocated to the individual temperature sensors in the longitudinal direction of the tunnel. Control software can divide the entire measurement section into various sectors so that various alarm threshold values can be defined. There are two types of alarm threshold values: Absolute value
An alarm is activated when the absolute temperature is reached. The absolute value is pre-determined and pre-set based on the application.
Differential value The temperature value for each measurement point is compared with a reference value. An alarm is activated when the temperature differential between the measured value and the reference value is reached or an increase in temperature amounting to a few degrees is registered within a certain period (differential method). This method allows daily and seasonal temperature fluctuations to be taken into consideration.
With the aid of the sensor cable it is possible to measure a temperature range of between + 40°C and + 85°C (and for a short time up to + 120°C). The temperatures are processed to a resolution of 0.1°C. The cable is typically assembled using clamps that are spaced approximately one metre apart. If a cable section becomes damaged, it can easily be removed, and the cable can be reconnected with couplings.
Visibility Measurement Visibility measurements are conducted in road tunnels to control the ventilation plant equipment. These measurements are based on one of the two following functional principles [32; 39; 40; 42]: Diffused light
The diffused light of an air sample drawn into a chamber is measured. A heating unit at the air sample intake reduces the influence of factors such as humidity. In the measurement chamber, the light that is diffused at a given angle (e.g. 30 degrees) is compared with direct continuous light. In this way, fluctuations in the light source as well as ageing effects and temperature dependency of the electronic system are eliminated.
Extinction Light transmitters and light receivers are installed beneath the tunnel roof at prescribed intervals. The light extinction along a section between a transmitter and a receiver is measured (Figure 6.2).
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Figure 6.2 - Détecteur de fumée avec émetteur-récepteur et réflecteur distincts [40] /
Smoke detector with distinct transceiver and reflector mountings [40] Ces unités peuvent être utilisées pour l’identification précoce d’un incendie. L’alarme est déclenchée une fois que la valeur limite pré-déterminée est atteinte. Détection par rayonnement thermique Le rayonnement infrarouge (continuum) émanant d’un incendie est utilisé pour identifier cet incendie. C’est principalement au Japon que l’on a recours à des systèmes de cette sorte [38 ; 45]. Cette technologie reconnaît la distribution spectrale de la lumière infrarouge émise par les flammes, qui est différente de celle produite par les diverses sources de lumière artificielle ou naturelle. La lumière infrarouge est analysée dans le détecteur selon deux séries de longueur d’onde : infrarouges d’ondes courtes (entre 0,9 et 1,1 µm approximativement) et infrarouges d’ondes longues (entre 1,6 et 1,8 µm approximativement). Dans le cas d’un incendie de véhicule ou d’essence, l’intensité lumineuse est plus grande pour les infrarouges d’ondes longues que pour ceux d’ondes courtes. Le détecteur vérifie en outre la présence du vacillement caractéristique d’une flamme dans une plage de 1 à 15 Hz. Si les deux conditions sont remplies, l’alarme est déclenchée (voir figure 6.2).
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Figure 6.3 - Système de détection d’incidents basé sur la vidéo [47] /
Video-based incident detection system [47] These units can be utilized for early identification of fire. An alarm is triggered once the pre-set limit value is attained. Radiation Heat Detection The infrared radiation (continuum) emanating from a fire is used to identify the fire. Systems of this kind are mainly in use in Japan [38; 45]. This technology recognizes the different spectral distribution of the infrared light emitted by flames versus that produced by various artificial and natural light sources. In the detector, the infrared light is analysed in two wavelength ranges: short wave infrared light (between approximately 0.9 and 1.1 µm) and long wave infrared light (between approximately 1.6 and 1.8 µm). In the event of a vehicle or petrol fire, the light intensity within the long wave infrared range is larger than in the short wave infrared range. In addition, the detector checks for the presence of the characteristic flickering of a burning flame in the 1 to 15 Hz range. If both conditions are fulfilled, an alarm is activated (figure 6.2).
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Des filtres optiques sont appliqués pour éliminer les plages spectrales non désirées. Les résultats japonais montre qu’un petit incendie de véhicule peut être identifié jusqu’à une distance de 40 m du détecteur infrarouge au moyen de ce principe. Les unités de la dernière génération sont capables de compenser la pollution de la fenêtre de prise de lumière jusqu’à une absorption de 75 %. Les gênes provoquées par la lumière naturelle, la lumière fluorescente ainsi que la lumière produite par les lampes à vapeur de sodium jusqu’à 10 000 lux dans chaque cas et la lumière provenant des phares jusqu’à 5 000 lux n’interfèrent pas sur le système de détection infrarouge. En outre, les sources de lumière rotatives dans le spectre visible (du rouge au violet) n’ont pas d’effet sur la capacité à détecter un incendie [38 ; 45]. Détection des gaz Ces systèmes de détection incendie mesurent le CO ou le CO2 dégagés pendant un incendie [38 ; 40 ; 42]. La technologie utilise le fait que les gaz produits au cours d’un incendie, par exemple CO2 et CO, s’accumulent en quantités sensibles en de courtes périodes. Des unités de mesure du CO sont déjà installées dans un tunnel pourvu d’une ventilation mécanique pour réguler la ventilation en exploitation normale [32 ; 42]. Cependant le volume de CO produit par un incendie de véhicule est extrêmement variable car il n’est produit en de grandes quantités que par une combustion incomplète. La production de CO2 est beaucoup plus prévisible, quel que soit le type d’incendie. Détection de fumée par vidéo (VSD) La détection de fumée par vidéo (VSD) est l’un des outils les plus récents en matière de sécurité dans les tunnels. En combinaison avec le réseau de vidéosurveillance et le système de détection automatique des incidents (DAI), le VSD peut, de façon automatique : • détecter tout incident de trafic : des incidents de trafic qui semblent
insignifiants peuvent souvent dégénérer en événements ou accidents beaucoup plus graves ;
• détecter un objet détaché ou tombé d’un véhicule ; • détecter et suivre un départ d’incendie (par exemple, émission de
fumée) ; • dans certains cas, compter le nombre et la nature des véhicules présents
dans chaque section du tunnel. L’absence de cette information a constitué un handicap pour les exploitants des tunnels du Mont-Blanc, du Tauern et du St-Gothard.
PIARC . 171 . 05.16.B - 2006
Optical filters are applied to eliminate undesired spectral ranges. Japanese findings show that a small car fire can be identified at a distance of up to 40 metres from the infrared detector by means of this principle. Newer generation units are able to compensate for pollution of the light intake window up to a light absorption of 75%. Disturbances caused by natural light, fluorescent light and light produced by sodium vapour lamps up to 10,000 lux in each case and light produced by headlamps up to 5,000 lux do not interfere with the infrared detection system. Furthermore, rotating sources of light in the visible spectrum (red to violet) do not influence the ability to detect fire. [38; 45] Gas Detection These fire detection systems measure the CO or CO2 released during a fire [38; 40; 42]. The technology utilizes the fact that gases produced during a fire, such as CO2 and CO, accumulate in sizeable quantities in short periods of time. CO measurement units are already installed in a mechanically ventilated tunnel to regulate the ventilation system during normal operations [32; 42]. However, the amount of CO produced by a vehicle fire is extremely variable because large amounts are only produced as a result of incomplete combustion. The production of CO2 is far more predictable during any type of fire. Video Smoke Detection (VSD) Video Smoke Detection (VSD) is one of the newer tools for providing tunnel safety. In conjunction with the CCTV network and Automatic Incident Detection system, VSD can automatically: • detect any traffic incident: seemingly insignificant traffic incidents can often
degenerate into much more serious events or accidents,
• detect an object separated or dropped from a vehicle, • detect and track the start of a fire (i.e., smoke emission),
• in some cases count the number and nature of vehicles present in each section of
tunnel. The lack of this information was a handicap for the operators of Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard Tunnels.
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La VSD permet d’évaluer les images vidéo prises par les caméras implantées dans le tunnel (voir Fig. 6.3) [37 ; 44 ; 46]. Une grille à mailles étroites est superposée à l’image vidéo et chaque section de la grille est utilisée comme champ capteur. Certains champs de l’image principale ont une priorité moindre. Les champs qui enregistrent les mouvements de véhicules et ceux qui ne montrent aucun changement ne sont pas inclus dans l’évaluation. L’évaluation des images se concentre sur les champs qui n’enregistrent qu’un léger mouvement de véhicule et donnent des changements extrêmement nets en comparaison au fur et à mesure que l’image évolue. Le contraste de l’image est modifié de façon significative en cas de présence de fumée. Dans ce cas, une alarme préalable est déclenchée et l’image transférée sur le moniteur de surveillance. Le programme d’évaluation vidéo se concentre alors sur la recherche des changements en contraste dans les champs susceptibles de contenir un incendie et/ou de la fumée (par exemple, au niveau du plafond). Si la présence d’un incendie est confirmée, l’alarme principale est déclenchée. La VSD est avantageuse en ce sens qu’elle peut détecter le développement précoce des fumées avant qu’il se produise un changement significatif de température. Ce système a aussi la capacité d’identifier les sources de ralentissement du trafic, par exemple les véhicules en panne [32 ; 33 ; 37 ; 46]. Il n’existe actuellement ni normes ni réglementations d’essai pour les systèmes d’identification précoce par vidéo. En Suisse, plusieurs tunnels sont pourvus d’unités d’analyse digitale des images vidéo, qui sont en cours d’essais pour détecter la fumée. En France, une détection automatique d’incident par vidéo est installée dans les nouveaux tunnels, ainsi que dans les tunnels rénovés bénéficiant d’un centre de commande et de surveillance avec une équipe permanente ; mais ce système n’est pas toujours accompagné d’une VSD. La VSD est utilisée dans la plupart des tunnels australiens.
6.3.4 Résultats d’essais Les essais de détection effectués aux Pays-Bas avec un câble capteur [48] ont conduit aux conclusions suivantes : • en combinaison avec une vitesse du courant d’air inférieure à 1 m/s, un
incendie se développant lentement sera détecté en 1 à 3 minutes s’il est situé juste en dessous du câble de détection ;
• si un incendie à développement lent n’est pas situé juste en dessous du câble de détection, ou si la vitesse du courant d’air est supérieure à 3 m/s, il faut compter un délai d’au moins 5 minutes avant que l’alarme soit déclenchée ;
• les incendies se développant rapidement seront toujours détectés dans les 3 minutes, quelle que soit la vitesse du courant d’air ;
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VSD allows video images captured by cameras installed in the tunnel to be evaluated (see Figure 6.3) [37; 44; 46]. A narrow-mesh grid is laid over the video image, and every grid section serves as a sensor field. Some fields in the overall image have a lower priority than others. Fields that register vehicle movement and fields that display no changes are not included in the assessment. Image evaluation concentrates on those fields that register only slight vehicle movement and produce extremely pronounced changes in contrast as the image progresses. The image contrast changes significantly when smoke is present. When this occurs, a preliminary alarm is triggered, and the picture is switched onto the supervising monitor. The video evaluation programme then concentrates on tracing changes in contrast in those fields most likely to contain fire and/or smoke (e.g. at the ceiling level). If the presence of fire is confirmed, the main alarm is initiated. VSD is advantageous in that it can detect the early development of fumes and smoke before any significant temperature change takes place. This system is also capable of identifying sources of traffic delays, such as broken down vehicles [32; 33; 37; 46]. To date, there are no standards nor test regulations for video early identification systems. Several tunnels in Switzerland have digital video image analysis units that are being tested to detect smoke. In France, video-based automatic incident detection is installed in new tunnels, and in renovated tunnels that have a permanent supervisory control room and permanent staff; however it is not always complemented with VSD. VSD is used in most Australian tunnels.
6.3.4 Test Results From the fire detection tests conducted in the Netherlands with sensor cable [48], the following conclusions can be made: • In combination with an airflow speed less than 1 m/s, a slowly developing fire will
be detected within 1-3 minutes if it is located right beneath the detection cable.
• If a slowly developing fire is not located right beneath the detection cable, or if the airflow speed is higher than 3 m/s, a time delay of at least 5 minutes can be expected before an alarm is generated.
• Quickly developing fires will almost always be detected within 3 minutes, regardless of the airflow speed.
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• On peut compter sur une précision de localisation de l’incendie inférieure à 5 m ;
• il existe un compromis concernant les réglages de sensibilité des détecteurs : un réglage sensible est nécessaire pour une alarme dans des conditions de courant d’air rapide, mais un réglage peu sensible est nécessaire pour éviter les fausses alertes (c’est-à-dire provoquées par les pots d’échappement en hauteur des camions).
Des essais sont en cours dans d’autres pays (par exemple, Allemagne, [49]) et il n’est pas encore possible de formuler des recommandations finales.
6.4 Systèmes automatiques de lutte contre le feu
6.4.1 Expérience internationale actuelle L’enquête menée par l’AIPCR en 2000 montre que les systèmes automatiques de lutte contre le feu ne sont pas utilisés de façon courante dans la plupart des pays (voir tableau 6.1). La discussion qui suit est centrée sur l’utilisation des systèmes sprinklers/déluge. Les sprinklers posent un certain nombre de problèmes, résumés dans le rapport AIPCR sur la maîtrise des incendies et fumées dans les tunnels routiers de 1999 [2], et qui comprennent : • une visibilité réduite, • la dé-stratification de la couche de fumée, • une absence d’efficacité pour les incendies à l’intérieur des véhicules, • des réactions chimiques dangereuses avec l’essence en feu ou d’autres
chargements chimiques des véhicules en l’absence d’additifs appropriés. Si des sprinklers sont installés dans un tunnel, ils ne doivent pas être déclenchés avant que toutes les personnes présentes aient été évacuées. L’expérience, limitée jusqu’ici (par exemple, en Australie, aux Pays-Bas [48] et au Japon [29]), montre que les sprinklers peuvent être efficaces pour refroidir la zone autour du foyer, ce qui améliore l’efficacité de la lutte contre le feu et limite le risque de propagation de l’incendie aux autres véhicules. On utilise normalement des longueurs de zone de 50 m pour les sprinklers (voir Figures 6.4, 6.5 et 6.6).
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• The accuracy of the fire location can be expected to be less than 5 metres.
• There is a trade-off on detector sensitivity settings: a sensitive setting is required to alarm under high wind speed conditions, but an insensitive setting is required to avoid false alarms (e.g., caused by upright lorry exhaust pipes).
Tests in other countries (e.g. Germany, [49]) are in progress, and final recommendations cannot yet be given.
6.4 Automatic Fire Suppression
6.4.1 Current International Experience The survey conducted by PIARC in the year 2000 shows that automatic fire suppression systems are not regularly used in most countries (see Table 6.1). The following discussion focuses on the use of sprinkler/deluge systems. Sprinklers raise a number of problems that are summarised in the PIARC report on Fire and Smoke Control in Road Tunnels, 1999 [2], and include: • reduced visibility, • destratification of the smoke layer, • no effectiveness for fires inside vehicles, • dangerous chemical reactions with burning petrol or other chemical loads of
vehicles if not suppressed with appropriated additives. If sprinklers are installed in a tunnel, they must not be started until all the people have been evacuated. The limited experience so far (e.g. in Australia, the Netherlands [48] and Japan [29] ) shows that sprinklers may be effective in cooling down the area around the fire, so that fire-fighting can be more effective and the risk of the fire spreading to other vehicles can be reduced. Zone lengths of about 50 m are typically used for sprinklers (see Figures 6.4, 6.5 and 6.6).
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Figure 6.4 - Equipements de sécurité du tunnel traversant la baie de Tokyo [50]
Figure 6.5 - Méthodes d’évaluation des incidents par images vidéo [47] /
Methods for incident evaluation of video images [47] Australie Les informations suivantes concernent un certain nombre de tunnels australiens : • Les sprinklers ne sont installés que dans des tunnels routiers urbains
d’une longueur significative. Ces tunnels ont moins de 11 ans d’âge. • Ce sont des systèmes de sprinkler / déluge (volume extrêmement
important / gouttes d’eau de grande dimension) qui sont installés dans tous ces tunnels.
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Figure 6.4 - Safety installations of the Trans-Tokyo-Bay Tunnel [50]
Figure 6.6 - Zones sprinklers de la Betuweroute aux Pays-Bas [51] /
Planned sprinkler zones for the Betuweroute, The Netherlands [51] Australia The following information pertains to a number of Australian tunnels: • Only urban road tunnels of any significant length have sprinkler systems installed.
These road tunnels are less than 11 years old. • Deluge systems (extremely high volume / large water droplets) are installed in
these road tunnels.
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• Les sprinklers étaient installés à l’origine pour protéger les infrastructures, mais ils sont utilisés à présent pour la sauvegarde des vies humaines dans des circonstances particulières dans certains tunnels : − Salles de commande dédiées avec opérateurs responsables de la
sécurité du tunnel (et non simplement de la gestion du trafic) − Caméras vidéo et/ou systèmes de détection automatique des
incidents pour faciliter la localisation précise des événements et leur évaluation par les opérateurs.
Dans les cas où l’incident a été identifié de façon certaine et sa localisation exacte déterminée, on peut prévoir l’utilisation immédiate du système sprinkler/déluge (avant ou pendant l’évacuation) dans certains tunnels. Cette décision est basée sur le raisonnement suivant : • il est plus que probable qu’un incident conduisant à un incendie
commence par un feu de petite ampleur qui a le potentiel pour se développer en un feu important ;
• tous les tunnels susceptibles de justifier une mise en oeuvre immédiate des sprinklers / déluge sont équipés de systèmes de ventilation adéquats (soit transversale, soit extraction réservée aux fumées).
On pense, en Australie, qu’il est bon d’utiliser la pleine capacité d’un système de sprinkler / déluge pendant les premières minutes d’un événement pour : • minimiser le taux de croissance de l’incendie, • réduire la probabilité de flash-over. On pense que ces avantages contrebalancent les inconvénients suivants : • dé-stratification des fumées, • augmentation du flux de chaleur par l’air humidifié, • production de vapeur. En outre, on pense en Australie que les petits incendies– s’ils sont pas traités par sprinkler / déluge – peuvent se développer et donner lieu à des incendies importants (et non contrôlables), en particulier parce qu’ils se produisent plus souvent que des incendies immédiatement d’une grande ampleur. On est bien entendu conscient que, dans certains cas, l’utilisation d’un système de sprinkler / déluge peut être défavorable pour la gestion de l’incident. On considère cependant que cela est moins probable que le scénario précédent pour certaines configurations particulières de tunnel.
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• Sprinklers were originally installed for infrastructure protection, but are now used for human life protection in special circumstances in some tunnels as follows: − Dedicated control rooms with operators responsible for tunnel safety (not
merely traffic management) − Video cameras and/or automated incident detection systems to facilitate
precise event location and event assessment by operators.
In circumstances where the incident has been positively identified and its exact location determined, immediate deluge operation can be anticipated (prior to or during evacuation) in some tunnels. This decision is based upon the following rationalisation: • It is more likely that an incident resulting in a fire will commence with a small fire
that has the potential to develop into a large fire.
• All tunnels subject to immediate deluge operation are equipped with adequate ventilation systems (either transverse or dedicated smoke extraction).
Australian opinion is that it is desirable to use the full capacity of a deluge system during the first few minutes of an event to: • minimise the rate of fire growth • reduce the probability of flashover. It is felt that these benefits outweigh the following disadvantages: • Smoke destratification • Increased heat flux from humidified air • Steam generation. Furthermore, it is the Australian opinion that small fires could – if not deluged – develop into large (and uncontrollable) fires, especially because they occur more frequently than immediately large fires. Of course it is recognised that in some circumstances the use of a deluge system in this manner may be detrimental to incident management. However, this is considered less likely than the aforementioned scenario for some particular tunnel configurations.
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En résumé, en Australie, pour les tunnels routiers, un déclenchement rapide des sprinklers en cas de détection (et de localisation) d’un incendie est recommandé si la réaction est suffisamment rapide (1 à 2 minutes) pour contenir la dimension de l’incendie et minimiser le risque d’un développement plus important. Les inconvénients, tels que dé-stratification, visibilité réduite, etc., sont supposés être plus que compensés par l’avantage d’une minimisation de l’incendie et du risque de flash-over. Un déclenchement rapide du sprinkler / déluge dépend de l’identification et de la localisation rapides et précises de l’incendie. Pays-Bas Les essais de sprinklers réalisés aux Pays-Bas ont conduit aux conclusions suivantes [48] : • les sprinklers ne peuvent pas éteindre un incendie dans un véhicule
fermé ; • un système de sprinklers réduit la visibilité immédiatement après son
déclenchement, rendant ainsi les itinéraires d’évacuation plus difficiles à voir. Les usagers ne peuvent pas conduire de façon sûre à travers cette « pluie » ;
• des volumes importants de fumée ne sont en principe pas produits par des incendies inférieurs à 15 MW ;
• après extinction d’un incendie d’environ 25 MW, les conditions d’environnement en aval du foyer sont graves, mais non critiques ;
• les autres véhicules peuvent être refroidis, réduisant ainsi le risque de flash-over ;
• une vitesse longitudinale raisonnable de l’air de 5 m/s réduit les effets d’extinction des sprinklers.
Japon On peut résumer de la façon suivante l’expérience et l’opinion japonaises actuelles [29] : • en 1999, deux incendies se sont produits dans des tunnels immergés
desservant la voie express métropolitaine qui traverse Tokyo. L’un avait été provoqué par un petit camion et l’autre par un camion de dimensions moyennes. Dans les deux cas, les sprinklers installés dans les tunnels ont été activés par l’opérateur sur place ;
• les enregistrements vidéo des incendies en tunnel au Japon ont montré que l’on ne peut pas attendre des sprinklers qu’ils éteignent l’incendie. Mais il a bien été confirmé qu’ils peuvent empêcher l’incendie de se propager ;
• les sprinklers peuvent aussi renforcer le refroidissement de l’ouvrage ; • si l’on dimensionne la sécurité d’un tunnel sur la base de l’incendie
maximum de liquide inflammable, il est théoriquement incorrect d’utiliser de l’eau. Cependant, les incendies dus à l’écoulement de carburant sont rares. Les incendies en tunnel sont dus le plus souvent à la surchauffe de moteurs de véhicules ;
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In summary, for Australian road tunnels, rapid deployment of sprinklers in the event of fire detection (and location) is recommended on the basis that rapid reaction (1 to 2 minutes) will contain the size of the fire and minimise the risk of a larger fire developing. Disadvantages such as destratification, reduced visibility, etc. are considered to be outweighed by the benefit of minimising fire size and the risk of flashover. Such rapid deployment of deluge depends on quick and accurate identification and location of the fire. The Netherlands Sprinkler tests conducted in the Netherlands draw the following conclusions [48]: • Sprinklers cannot extinguish a fire in a closed vehicle.
• A sprinkler system will reduce visibility immediately after being activated, making it
more difficult to see escape routes. Car drivers are not able to safely drive through “the rain”.
• Large amounts of steam are not expected for fires smaller than 15 MW.
• After extinguishing an approximate 25 MW fire, the environmental conditions downstream of the fire are severe but not critical.
• Other vehicles can be cooled down, reducing the risk of the fire flashing over.
• A reasonable longitudinal air velocity of 5 m/s will reduce the extinguishing effect of sprinklers.
Japan The current Japanese experience and point of view can be summarised as follows [29]: • In 1999, two fires occurred in underwater tunnels serving the metropolitan
expressway through Tokyo. One was caused by a small lorry and the other by a medium lorry. In both cases the fire sprinklers installed in the tunnels were activated by an operator at the scene.
• Video recordings of tunnel fires in Japan have shown that sprinklers cannot be expected to extinguish the fire. However, it has been adequately confirmed that sprinklers can prevent the fire from spreading.
• Sprinklers can also enhance the cooling of the structure. • If the maximum flammable liquid fire is considered for tunnel safety design, it is
theoretically incorrect to use water. However, fires due to oil spills rarely occur. Tunnel fires are more often caused by the overheating of vehicle engines.
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• aussi bien les ingénieurs que les pompiers ont constaté que les sprinklers sont efficaces sur les incendies impliquant les types de véhicules les plus fréquents en tunnel ;
• la formation pour la prévention des incendies et l’entretien des équipements de sécurité doivent être assurés de façon périodique pour maintenir la sécurité en tunnel. Les sprinklers pouvant être vérifiés simultanément, cela ne représente pas une charge trop lourde pour le programme de maintenance ;
• cependant, si l’on fait la comparaison avec les extincteurs et les bouches d’incendie, la nécessité des sprinklers paraît faible. Même dans le cas d’un petit incendie (c’est-à-dire provoqué par une voiture), les sprinklers peuvent prévenir la propagation de cet incendie, mais ne pourront pas l’éteindre ;
• il n’est pas prévu de promouvoir l’installation de sprinklers dans les tunnels, mais il est toujours avantageux de remettre en état les sprinklers existants. La décision d’installer des sprinklers dans un tunnel donné doit se fonder sur un compromis entre l’efficacité et le coût.
6.4.2 Méthodes en cours de développement
Depuis ces réponses, plusieurs autres types de systèmes de lutte contre l’incendie peuvent être utilisés dans les tunnels pour véhicules. Les recherches récentes en matière de lutte contre l’incendie ont montré le potentiel prometteur qu’offre le brouillard d’eau. Celui-ci peut être produit par des systèmes soit à basse pression soit à haute pression (voir Figures 6.7 et 6.8). Le chapitre 10 donne une liste détaillée de références concernant les recherches sur les systèmes de lutte contre les incendies en tunnel [41 ; 42 ; 51 ; 53 ; 54 ; 55].
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• Both engineers and members of the fire brigade have determined that sprinklers are effective on fires involving the types of vehicles most likely to be present in the tunnel.
• Fire prevention training and maintenance of safety devices should be periodically conducted to assure tunnel safety. Since sprinklers can simultaneously be checked, this will not be a heavy burden on the maintenance programme.
• However, when compared to fire extinguishers and fire hydrants, the necessity of sprinklers is low. Even in the case of a small fire (i.e., caused by a car), the sprinklers may prevent it from spreading, but will not extinguish the fire.
• It is not intended to promote sprinklers in tunnels, but refurbishing existing sprinklers is always advantageous. The decision to install sprinklers in any given tunnel must be based on the trade-off between effectiveness and cost.
6.4.2 Methods Under Development
In the meantime, several other fire suppression system types have become available for use in vehicular tunnels. Recent research work on fire suppression has shown the promising potential of fighting fire with water mist. The water mist may be produced by either low- or high-pressure systems (see Figures 6.7 and 6.8). A list of detailed reference material regarding recent research work on fixed fire suppression systems in tunnels can be found in Section 10 [41; 42; 51; 53; 54; 55].
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Figure 6.7 - Système de lutte contre l’incendie par brouillard d’eau pour un tunnel routier
[42] / Water mist fire suppression system for a road tunnel [42] Les principales caractéristiques des systèmes utilisant le brouillard d’eau sont les suivantes [54] : • eau naturelle fortement atomisée ; • l’atomisation est obtenue par la pression d’eau et la technologie de la
buse ; • 99 % du volume d’eau sont transformés en gouttelettes inférieures
à 1 000 microns ; • l’agent d’extinction utilisé est l’eau, qui est écologique et restera exempte
de restrictions dans le futur ; • aucun danger pour les personnes et les équipements ; • haute capacité de refroidissement et grande surface de récupération de
chaleur ; • économique - consomme 10 fois moins que les sprinklers normaux ; • réduction de la température dans la zone, et réduction de la chaleur
rayonnante ; • effet de nettoyage des fumées et des gaz produits par la combustion ; • isolation diélectrique élevée ; • dégâts des eaux réduits.
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Figure 6.8 - Système de brouillard d’eau à haute pression intégré dans un véhicule de lutte contre le
feu [53] / High-pressure water mist system integrated in a fire-fighting vehicle [53] Main characteristics of water mist systems include the following [54]: • highly atomised natural water; • atomisation is attained through water pressure and nozzle technology; • 99% of water volume is transformed into droplets smaller than 1000 microns; • the extinguishing agent in use is water, which is ecological and will remain free of
future restrictions; • harmless to people and equipment; • high cooling capacity and a large surface area for heat pick-up;
• economical - consumes 10 times less water than normal sprinklers; • reduction of temperature in the area, and radiant heat reduction;
• effect of cleaning smoke and gas from combustion; • high dielectric rigidity; • reduced water damage.
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Par ailleurs, le rapport coût-efficacité des systèmes à brouillard d’eau (c’est-à-dire la comparaison entre l’amélioration de la sécurité et les coûts d’installation et d’entretien) doit encore être étudié. Jusqu’à présent, plusieurs essais ont été réalisés dans des installations tests (Hagerbach, Suisse [41 ; 55]) et des tunnels réels (tunnel sous l’Elbe, Allemagne [29] et tunnel d’Akrafjord, Norvège [29 ; 42]). Des essais ont également été réalisés dans des véhicules (Métro de Madrid [54], navette de l’Euro-Tunnel). Pour le métro, le système est installé au-dessous du wagon intermédiaire pour une rame de 3 wagons (Figures 6.9 et 6.10). Ce système est pourvu de 12 buses capables de traiter trois incendies simultanément pendant une durée d’au moins 10 minutes. L’air comprimé, stocké dans des bouteilles de 50 litres, transforme les 300 litres d’eau stockés en brouillard d’eau. Les résultats des recherches sur les systèmes à brouillard d’eau effectués jusqu’à présent sont encourageants. Des essais plus systématiques sur cette technique relativement nouvelle sont encore nécessaires, en particulier en ce qui concerne son applicabilité aux tunnels routiers et ses limites vis-à-vis des opérations de sauvetage et de lutte contre le feu.
Figure 6.9 - Unité d’extinction par brouillard d’eau dans une rame (Métro de Madrid) [54] /
Mist extinction unit installed in a carriage (Metro Madrid) [54]
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On the other hand, the cost effectiveness of water mist systems (i.e., safety improvement versus installation and maintenance costs) must be further studied. Until now, several tests have been conducted in test facilities (e.g. Hagerbach, Switzerland [41; 55]) and real tunnels (e.g. Elbe Tunnel, Germany [29] and Akrafjord-Tunnel, Norway [29; 42]). Tests within vehicles have also been conducted (e.g. Metro Madrid [54], shuttle-train-wagon of the Euro-Tunnel). The system for the metro carriage is located below the intermediate trailer of a 3-carriage train (Figures 6.9 and 6.10). This water mist system has 12 nozzles capable of treating three fires simultaneously for a period of at least 10 minutes. Compressed air that is stored in three 50-litre bottles turns 300 litres of stored water into water mist. The results of water mist system research conducted so far are encouraging. More systematic research work on this relatively new technique should be conducted, specifically regarding its applicability to road tunnels and inherent limits with regard to rescue and fire-fighting operations.
Figure 6.10 - Principe de l’unité de brouillard d’eau pour une rame de métro [54]
Principle of a water mist unit for a metro carriage [54]
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6.5 Conclusions L’AIPCR est impliquée depuis de nombreuses années dans les discussions sur la détection des incendies et la lutte contre le feu. En ce qui concerne la détection automatique des incendies, plusieurs systèmes sont disponibles et utilisés actuellement, mais peuvent certainement être encore améliorés du point de vue de leur temps de réaction. Les systèmes sprinklers/déluge d’eau sont courants dans les tunnels australiens et japonais. Actuellement aux Etats-Unis, seuls quelques tunnels particuliers, dans lesquels le transport des matières dangereuses est autorisé, ont des systèmes de sprinklers. Depuis les dernières recommandations publiées par l’AIPCR dans son rapport intitulé “Maîtrise des incendies et des fumées” en 1999 [2], des travaux de recherche et de développement prometteurs sont en cours, en particulier au niveau national en Allemagne, aux Pays-Bas et aux Etats-Unis, et sur le plan international en Europe (par exemple les projets FIT « Incendies en tunnel » et UPTUN « Amélioration de la sécurité incendie des tunnels existants »). Actuellement, un maître d’ouvrage ou un exploitant qui désire installer de nouveaux équipements de détection et de lutte contre le feu doit vérifier soigneusement que leurs conditions d’installation, d’utilisation et d’entretien contribuent à la sécurité générale [44] et sont compatibles avec le concept de sécurité d’ensemble pour ce tunnel spécifique. Il doit également s’assurer de l’efficacité des mesures proposées.
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6.5 Conclusions PIARC has been involved in the discussion of fire detection and fire-fighting in road tunnels for many years. For automatic fire detection, several systems are available and in use, but can certainly be improved upon with respect to reaction time. Sprinkler/deluge systems are standard fire suppression systems in Australian and Japanese road tunnels. To date, only a few special tunnels in the USA that allow dangerous goods have sprinkler systems. Since the latest recommendations published by PIARC in the report titled “Fire and Smoke Control” in 1999 [2], promising new research work and technical development are in progress, e.g. on a national level in Germany, the Netherlands and the USA and internationally in Europe (e.g. the FIT “Fire in Tunnels” and UPTUN “Upgrading Fire Safety of Existing Tunnels” projects). At the moment, an owner/operator who wants to install new detection and new fire-fighting measures must properly verify that the conditions for installing, using and maintaining contribute to the overall safety (see [44]) and are compatible with the framework of the entire safety concept for that specific tunnel. He must also ensure the effectiveness of the proposed measures.
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7 CRITÈRES DE CONCEPTION POUR LA RÉSISTANCE AU FEU DES STRUCTURES
7.1 Introduction Le présent chapitre présente les recommandations finales du Comité technique AIPCR de l’Exploitation des tunnels routiers en ce qui concerne les critères de conception pour la résistance au feu des structures des tunnels routiers. Une coopération a été établie entre le Comité technique AIPCR de l’exploitation des tunnels routiers et l’Association internationale des travaux en souterrain (AITES). Cette collaboration a été menée par le Groupe de travail n°6 de l’AIPCR et le Groupe de travail n°6 « Réparation et entretien des ouvrages souterrains » de l’AITES. Bien que l’ingénierie de la sécurité incendie se développe de plus en plus dans d’autres domaines comme une approche performantielle de la résistance au feu, il a été convenu entre l’AIPCR et l’AITES que cette approche n’est pour l’instant pas assez aboutie en ce qui concerne les tunnels. Par conséquent, leurs travaux conjoints dans ce domaine eurent pour objectif une approche descriptive basée sur une courbe de dimensionnement température-temps, au moins dans une première étape. Le rôle de l’AIPCR était de définir les objectifs de résistance au feu des structures des tunnels routiers : incendies de dimensionnement (principalement courbes température-temps) et temps de résistance requis. L’AITES devait traiter des techniques et des matériaux de construction qui doivent être utilisés pour répondre à ces objectifs de résistance. Les résultats finaux de cette coopération AIPCR-AITES sont des recommandations conjointes portant à la fois sur les objectifs et sur la façon de les atteindre : • les objectifs sont décrits dans le présent chapitre ; • les matériaux et méthodes de construction sont décrits dans le rapport
AITES intitulé « Recommandations pour la résistance au feu des structures des tunnels routiers [64].
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7 DESIGN CRITERIA FOR STRUCTURE RESISTANCE TO FIRE
7.1 Introduction This section presents the final recommendation of the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation on the question of design criteria for resistance to fire for road tunnel structures. A cooperative effort has been established between the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation and the International Tunnelling Association (ITA). This collaborative effort has been conducted by PIARC Working Group No. 6 and ITA Working Group 6 “Repair and Maintenance of Underground Structures”. Although fire safety engineering is being applied more and more in other fields as a performance-based approach to fire resistance, it has been agreed between PIARC and ITA that such an approach is currently not mature enough with regard to tunnels. Consequently, this joint effort was aimed at a prescriptive time-temperature curve design approach, at least as a first step. The role of PIARC was to define the objectives of resistance to fire of road tunnel structures: design fires (mainly time-temperature curves) and required resistance times. ITA dealt with the construction techniques and materials to be used to meet these resistance objectives. The final outcome of the PIARC-ITA collaboration are joint recommendations on both the objectives and the way to meet them: • The objectives are described in this section • The materials and construction methods are described in the ITA report titled
“Guidelines for Structural Fire Resistance for Road Tunnels” [64].
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7.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Le Comité technique de l’Exploitation des tunnels routiers a publié des documents sur la résistance au feu des structures dans ses rapports pour les Congrès mondiaux de la route de Vienne (1979) [21], Sydney (1983) [30], Bruxelles (1987) [31], Marrakech (1991) [56] et Montréal (1995) [1]. Ce sujet a en outre été traité dans un article de Routes/Roads (1991) [57] ainsi que dans le rapport de 1999 [2]. Vienne 1979 La résistance au feu des structures est mentionnée dans le Chapitre IV « Exploitation » : • la température et son développement constituent le seul critère pour la
résistance au feu des structures ; • les caractéristiques de résistance à la température des matériaux
composant les éléments structurels ont une importance décisive. Quelques exemples sont donnés ;
• on présente les résultats d’un essai autrichien réalisé avec un incendie de faible ampleur ;
• les températures dans la gaine d’air vicié sont examinées ; • on donne des recommandations pour les éléments structurels, les
équipements électriques et mécaniques, la détection des incendies et la lutte contre le feu.
Sydney, 1983 Une très grande attention est portée à la prévention et la détection de l’incendie, la lutte contre le feu et l’évacuation. Mais le Chapitre V.2.6.2 « Protection de l’ouvrage » mentionne aussi la relation entre le transport des matières dangereuses et les risques accrus des incendies. Une recommandation est donnée pour un revêtement résistant au feu et un renforcement des armatures afin de diminuer les dégâts causés par un incendie. Bruxelles, 1987 Une conclusion intéressante est présentée : « Dans la pratique, tout, dans un tunnel, peut contribuer à la sécurité ». La recommandation suivante est également donnée : “Le même niveau de sécurité doit donc être assuré pour les différentes structures et les différents équipements ». Aucune autre recommandation n’est donnée sur la résistance au feu des structures et des équipements.
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7.2 Previous Work by PIARC The Technical Committee on Road Tunnel Operation has published material on structure resistance to fire in reports to World Road Congresses in Vienna (1979) [21], Sydney (1983) [30], Brussels (1987) [31], Marrakech (1991) [56] and Montreal (1995) [1]. In addition, the subject was addressed in an article in Routes/Roads (1991) [57] and in the 1999 report [2]. Vienna 1979 Structural fire resistance is mentioned in Chapter IV "Operation": • the temperature and its development is the only criterion for structural fire
resistance; • the temperature strength characteristics of the structural element materials are of
decisive importance. Some examples are given;
• the results of an Austrian test with a small fire are shown;
• temperatures in the exhaust air duct are considered; • recommendations for structural, electrical and mechanical equipment, fire
detection and fire-fighting are given.
Sydney, 1983 A lot of attention is given to fire prevention, detection, fighting and evacuation. However, in Chapter V.2.6.2 "Protection of the Tunnel Itself", the relationship between dangerous goods transport and the increased risk of fires is mentioned. A recommendation is given for a fire-resistant lining and an increased amount of reinforcement to reduce the damage caused by a fire. Brussels, 1987 An interesting conclusion is shown in this paper: "in practice, everything in the tunnel can contribute to safety". In addition the following recommendation is given: "Thus the same level of safety should be provided for the different structures and installations". No other recommendation on the fire resistance of the structures and installations is given.
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Marrakech, 1991 Le lien avec la structure est reconnu et traité dans les chapitres concernant aussi bien l’« Analyse des risques liés aux matières dangereuses » que les « Essais et exercices d’incendie ». Aucune recommandation spécifique n’est donnée quant à la résistance de la structure ou des équipements. Montréal, 1995 Le Chapitre IV.3.3 « Dispositions permettant de limiter les conséquences d’un accident » (impliquant des matières dangereuses) comporte diverses recommandations ainsi que des dispositions passives et actives sur la résistance au feu des structures et des installations. Le chapitre V.1 « Objectifs de maîtrise des incendies et des fumées » mentionne certains éléments de structure et équipements et leur comportement en cas d’incendie. Article dans Routes/Roads, 1991 Outre les rapports mentionnés ci-dessus, le Comité a publié un article très complet en 1991 sur la protection des structures, des circuits électriques et des équipements. Il fournit des informations sur les courbes température-temps les plus appropriées pour caractériser des incendies en tunnel. Il recommande ensuite des objectifs de résistance au feu pour les structures en fonction du type de tunnel et les méthodes.
7.3 Contexte On peut résumer de la façon suivante les objectifs de la résistance au feu des structures de tunnels : • les usagers se trouvant à l’intérieur du tunnel doivent pouvoir procéder
à leur propre évacuation (auto-évacuation) ou pouvoir être aidés pour gagner un endroit sûr ;
• les opérations de secours doivent être possibles dans des conditions sûres ;
• des mesures de protection doivent être prises contre l’effondrement de la structure et la perte de biens tiers.
La sécurité des usagers du tunnel et du personnel de secours reste l’objectif principal. La protection des biens signifie que le tunnel ne doit pas s’effondrer pendant une durée spécifiée. Il est particulièrement important d’éviter tout effondrement de la structure pour les tunnels immergés et les tunnels situés sous des bâtiments. La protection des biens comprend également les coûts associés aux interruptions du trafic pendant les travaux de reconstruction.
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Marrakech, 1991 The link to the structure is recognised in both the chapters on "Analysis of the Risk of Hazardous Materials" and "Fire Tests and Trial Exercises". No specific recommendation is given on the fire resistance of the structure or installations. Montreal, 1995 Chapter IV.3.3 "Provisions Limiting the Consequences of an Accident" (involving dangerous goods) contains various recommendations, passive and active provisions, on the fire resistance of structures and installations. Chapter V.1 "Objectives of Fire and Smoke Control" mentions certain structure and installation items and their behaviour during a fire. Article in Routes/Roads, 1991 Besides the aforementioned reports, a comprehensive article was published by the Committee in 1991 on the protection of structures, electrical circuits and equipment. It gives information on the temperature-time curves most appropriate for characterising tunnel fires. It then recommends fire resistance objectives for the structures depending on the type of tunnel, and methods to meet them. Recommendations are also given on the fire resistance of power supply and other various pieces of equipment.
7.3 Background The objectives for fire resistance of tunnel structures can be summarised as follows: • people inside the tunnel shall be able to self-evacuate (self-rescue) or be assisted
to a safe place;
• rescue operations shall be possible under safe conditions;
• protective measures shall be taken against collapse of tunnel structure and loss of property to third parties.
The safety of tunnel users and rescue personnel is the main objective. Protection of property means that the tunnel structure must not collapse during a specified time period. Avoiding structural collapse is especially important for submerged tunnels and tunnels under buildings. Protection of property also comprises the societal costs associated with traffic interruptions during road reconstruction activities.
AIPCR . 196 . 05.16.B - 2006
La protection de l’environnement s’applique à des cas particuliers, tels que le dégagement de gaz de combustion toxiques ou les effets secondaires causés par l’effondrement de la structure. La protection de l’environnement est prise en compte surtout lors de la conception vis-à-vis de la réaction au feu des matériaux de construction des tunnels et n’est pas abordée dans ce chapitre.
7.4 Critères de conception Un critère préliminaire de base qui doit être pris en compte pour toute structure de tunnel est qu’il ne doit exister aucun risque d’effondrement progressif : la rupture locale d’un élément quelconque ne doit pas conduire à une charge accrue pour une autre partie de la structure, susceptible de causer sa rupture.
7.4.1 Courbes température-temps Plusieurs courbes température-temps existent à ce jour. La figure 7.1 donne les courbes ISO 834, RWS, ZTV-Tunnel et une courbe d’hydrocarbures modifiée, notée HCinc (en anglais) ou HCM (en français), dans laquelle les températures sont multipliées par un facteur 1300/1100 par rapport à la courbe d’hydrocarbures (HC) de l’Eurocode 1 Partie 2-2.
Figure 7.1 - Courbes température-temps ZTV, RWS, HCinc (ou HCM) et ISO
PIARC . 197 . 05.16.B - 2006
Protection of environment would apply to special cases such as the release of toxic combustion gases or secondary effects caused by a collapse of the structure. Protection of environment would mostly likely be taken care of in the design for reaction to fire of materials used in tunnel construction and is not included in this section.
7.4 Design Criteria A preliminary and basic criterion to be met by any tunnel structure is that there should not be any risk of progressive collapse: the local failure of any element should not lead to an increased load on another part of the structure that may cause its failure.
7.4.1 Time-Temperature Curves There are several time-temperature curves proposed to date. Figure 7.1 sketches the ISO 834, RWS, ZTV-Tunnel and a modified Hydrocarbon curve, HCinc, in which the temperatures are multiplied by a factor of 1300/1100 from the hydrocarbon (HC) curve of Eurocode 1 Part 2-2.
Figure 7.1 - Temperature versus time curves for ZTV, RWS, HCinc and ISO standards
AIPCR . 198 . 05.16.B - 2006
Les recommandations pour la conception des structures doivent prendre en compte la courbe température-temps en fonction des événements susceptibles de se produire dans le tunnel. Les stades initiaux de développement de l’incendie, suivant la première partie de la courbe, doivent être utilisés pour l’évacuation pendant le temps prévu pour celle-ci. Il ne doit se produire aucun effondrement pendant cette période dans les zones où peuvent se trouver des usagers ou des sauveteurs. Dès les premiers stades d’un incendie, il peut se produire un écaillage de la structure, mais il n’a été fait état d’aucun incident au cours duquel l’écaillage a eu des conséquences graves pour le personnel luttant contre le feu, bien qu’il puisse provoquer une détérioration rapide de la structure. En revanche, la chute d’équipements tels que ventilateurs, panneaux ou feux, soit du plafond du tunnel soit de ses parois, constitue un danger sérieux lors de l’intervention des services de lutte contre le feu. Cette question de résistance au feu a été traitée dans le rapport AIPCR de 1999 [2], qui précise :
“Dans tous les cas […], l’exigence minimale est que des équipements lourds ne doivent pas tomber pendant que des usagers en cours d’évacuation ou des personnels de secours se trouvent dans le tunnel. Ceci signifie qu’aucun élément lourd ne doit tomber s’il est exposé à une température de 400 à 450 °C pendant le temps nécessaire pour combattre l’incendie (dans un tunnel, de telles températures peuvent produire un niveau de rayonnement d’environ 5 kW/m2, qui est le maximum tolérable pour les pompiers). »
Des abris ne doivent être ménagés dans un tunnel que s’il existe un cheminement permettant aux sauveteurs de rejoindre les usagers qui y attendent et de les aider à gagner l’extérieur. Si de tels abris existent, ils doivent présenter une résistance au feu d’environ deux heures. On doit prendre en considération la durée totale définie par la courbe. Par exemple, en France, on prévoit actuellement une durée de deux heures pour l’intervention des pompiers ; après deux heures, le tunnel est considéré comme n’étant plus sûr. Si le tunnel se trouve sous un bâtiment, ou si la protection des biens est une préoccupation importante, une durée plus longue peut être envisagée.
7.4.2 Recommandations Le Tableau 7.1 présente les recommandations proposées pour les critères de dimensionnement. Ce tableau opère une distinction en fonction du type de trafic (et par conséquent de la puissance thermique possible) et des conséquences d’une rupture de la structure due à l’incendie. Par exemple, lorsque les conséquences sont inacceptables (par exemple tunnel immergé ou creusé dans un sol instable), il est nécessaire de prévoir une protection contre un incendie très grave ; lorsque les conséquences sont limitées (par exemple tunnel creusé dans un terrain stable), aucun protection n’est nécessaire.
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Recommendations for design of the structure should consider the time-temperature curve with regard to the possible events within the tunnel. The early stages of the fire development, hence the first part of the curve, will be taken into account for escape during the time conceived for evacuation. There should be no collapse during this period that can affect the zones where there may be users or rescuers. Spalling of the structure can occur from the early stages of a fire but no incidents have been reported where spalling has had major consequences for fire-fighters, although it can cause rapid deterioration of the structure. On the other hand, a concern at the time of fire service intervention would be the collapse of items such as jet fans, signs or lights from the tunnel ceiling or walls. This question of fire resistance has been addressed in the PIARC 1999 report [2], which states:
“In all cases […], the minimum requirement is that heavy equipment should not fall down when evacuating users or rescue personnel are in the tunnel. This means that no heavy item must fall under exposure to temperatures of 400-450oC during the time necessary to fight fire (in a tunnel, such temperatures can produce a radiation level of about 5 kW/m2, which is the maximum tolerable value for firemen).”
Shelters should only be provided in a tunnel if there is a way for rescuers to reach the users waiting in the shelter and assist them to the outside. If such shelters were available, then a fire resistance of approximately two hours would be required. The overall duration defined by the curve will need to be considered. For instance, in France, two hours is currently allowed for fire brigade intervention; after two hours the tunnel is considered to be unsafe. If the tunnel is under a building, or protection of property is an important issue, then a longer time may be considered.
7.4.2 Guidelines The proposed guidelines for design criteria are presented in Table 7.1. This table makes a distinction according to the type of traffic (and consequently the possible fire load) and the consequences of a structural failure due to a fire. For example, when the consequences are unacceptable (e.g. a submerged tunnel or one in unstable ground), protection against a very severe fire is required; when the consequences are limited (e.g. a tunnel in stable ground), no protection is needed.
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Tableau 7.1 - Recommandations proposées Structure principale Structures secondaires (4) Type de trafic
Immergée ou sous/dans une superstructure
Tunnel en terrain
instable
Tunnel en terrain stable
Tranchée couverte
Gaines de
ventilation(5)
Issues de secours vers l’air
libre
Issues de secours vers un
autre tube
Abris (6)
Voitures/ Camionnettes
ISO 60 min
ISO 60 min
Voir note (2)
Voir note (2)
ISO 60 min
ISO 30 min
ISO 60 min
ISO 60 min
Camions/ Citernes
RWS/HCinc 120 min
(1)
RWS/HCinc 120 min
(1)
Voir note (3)
Voir note (3)
ISO 120 min
ISO 30 min
RWS/HCinc 120 min
RWS/HCinc 120 min
(7) Notes (1) Une durée de 180 min peut être nécessaire pour une densité de trafic très importante de camions
transportant des matières combustibles (2) La sécurité n’est pas un critère et ne demande aucune résistance au feu (autre que éviter un
effondrement progressif). Prendre en compte d’autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
ISO 60 min dans la plupart des cas pas de protection du tout si une protection de la structure serait trop onéreuse comparée aux
coûts et inconvénients de travaux de réparation après un incendie (par exemple couverture légère pour une protection contre le bruit)
(3) La sécurité n’est pas un critère et ne demande aucune résistance au feu (autre que éviter un effondrement progressif). Prendre en compte d’autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
RWS/HCinc 120 min si une forte protection est requise pour la conservation des biens (par ex. tunnel sous un bâtiment) ou à cause d’une grande influence sur le réseau routier
ISO 120 min dans la plupart des cas, lorsque cela permet de limiter les dommages sur les biens pour un coût raisonnable
aucune protection du tout si une protection de la structurel serait trop onéreuse comparée aux coûts et inconvénients de travaux de réparation après un incendie (par exemple couverture légère pour une protection contre le bruit)
(4) Autres structures secondaires : à définir au cas par cas (5) Dans le cas d’une ventilation transversale (6) Les abris doivent être reliés avec l’extérieur (7) Une durée plus longue peut être envisagé si le trafic de camions transportant des matières
combustibles est très important et si l’évacuation des abris n’est pas possible dans les 120 minutes.
Le tableau 7.1 utilise la courbe ISO et l’une ou l’autre des courbes RWS ou HCinc pour définir les critères de dimensionnement pour différentes circonstances. Le Comité technique AIPCR de l’exploitation des tunnels routiers estime que les courbes RWS et HCinc correspondent à des niveaux très similaires de résistance au feu, et il ne faut utiliser que l'une de ces deux courbes. Le sous-comité ISO TC 92/SC2 pense également qu’il est indifférent d’utiliser l’une ou l’autre, mais que la courbe HCinc est un choix plus naturel et meilleur s’il faut n’en retenir qu’une. Le Comité AIPCR recommande actuellement que n’importe laquelle de ces courbes soit utilisée, les résultats étant très similaires.
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Table 7.1 - Proposed recommendations Main Structure Secondary Structures (4) Traffic
Type Immersed or Under/Inside
Superstructure
Tunnel in Unstable Ground
Tunnel in Stable Ground
Cut & Cover
Air Ducts(5)
Emergency exits to open
air
Emergency exits to
other tube
Shelters (6)
Cars/ Vans
ISO 60 min
ISO 60 min
See Note (2)
See Note (2)
ISO 60 min
ISO 30 min
ISO 60 min ISO 60 min
Lorries/ Tankers
RWS/HCinc 120 min
(1)
RWS/HCinc 120 min
(1)
See Note (3)
See Note (3)
ISO 120 min
ISO 30 min
RWS/HCinc 120 min
RWS/HCinc 120 min
(7) Notes (1) 180 min may be required for very heavy traffic density of lorries carrying combustible goods (2) Safety is not a criterion and does not require any fire resistance (other than avoiding progressive collapse).
Taking into account other objectives may lead to the following requirements:
ISO 60 min in most cases no protection at all if structural protection would be too expensive compared to cost and inconvenience of
repair works after a fire (e.g. light cover for noise protection)
(3) Safety is not a criterion and does not require any fire resistance (other than avoiding progressive collapse). Taking into account other objectives may lead to the following requirements:
RWS/HCinc 120 min if strong protection is required because of property (e.g. tunnel under a building) or large influence on road network
ISO 120 min in most cases, when this provides a reasonably inexpensive way to limit property damage no protection at all if structural protection would be too expensive compared to cost and inconvenience of
repair works after a fire (e.g. light cover for noise protection)
(4) Other secondary structures: should be defined on a project-specific basis (5) In case of transverse ventilation (6) Shelters should be connected to the open air (7) A longer time may be considered if there is a very heavy volume of lorries carrying combustible goods and
evacuation from the shelters is not possible within 120 min
Table 7.1 uses the ISO curve and either the RWS or the HCinc curve to define design criteria for different circumstances. The PIARC technical Committee on Road Tunnel Operation believes that the RWS and HCinc curves correspond to very similar levels of fire resistance, and only one of the two should be used. The sub-Committee ISO TC 92/SC2 also believes that whichever one you use has no impact, but considers that the HCinc curve is a more natural, better choice if only one is kept. The PIARC Committee currently recommends that any of these curves can be used, as the results will be very similar.
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7.5 Activités futures
7.5.1 Introduction des courbes d’incendie en tunnel dans les normes Il a été envisagé de proposer d’inclure, sous une certaine forme, les résultats des travaux conjoints présentés ici dans des normes telles que les « Eurocodes structurels » du CEN/TC 250, les normes « Essais d’incendie » du CEN/TC 127 et les normes « Ingénierie de la sécurité contre les incendies » de l’ISO/TC 92/SC4. Cela peut constituer des travaux futurs potentiels pour le Comité technique AIPCR de l’Exploitation des tunnels routiers.
7.5.2 Ingénierie de la sécurité incendie Aussi bien les sous-comités ISO/TC 92/SC2 et SC4 que plusieurs membres du Groupe de travail n°6 du comité AIPCR C3.3 et du Groupe de travail n°6 de l’AITES, ont mentionné que chaque tunnel est unique en ce qui concerne le développement d’un scénario d’incendie. Lorsque l’on détermine les caractéristiques particulières de l’incendie, de nombreux paramètres sont importants, parmi lesquels : • type et densité du trafic, donc la charge combustible et sa distribution
(zone), ainsi que l’extension possible de l’incendie ; • configuration de la section transversale, longueur et pente du tunnel ; • conception et capacité de la ventilation du tunnel ; • possibilité d’utiliser des mesures actives telles que sprinklers ou brouillard
d’eau ; • rugosité de la surface du tunnel et changements de section transversale ; • inertie thermique des parois du tunnel. En raison de températures très élevées, il peut y avoir un risque de surdimensionner les tunnels si on applique certaines courbes indépendamment des paramètres réels du tunnel. Les nouveaux principes d’ingénierie de la sécurité doivent être explorés et développés pour définir des incendies de dimensionnement plus appropriés pour les tunnels à venir.
PIARC . 203 . 05.16.B - 2006
7.5 Future Activities
7.5.1 Introduction of Tunnel Fire Curves into Standards Consideration has been given to proposing the inclusion of some form of the results of the collaborative work presented here in standards such as the CEN/TC 250 “Structural Eurocodes”, the CEN/TC 127 “Fire Tests” and the ISO/TC 92/SC4 “Fire Safety Engineering”. Such liaisons are potential future work for the PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation.
7.5.2 Fire Safety Engineering Both sub-committees ISO/TC 92/SC2 and SC4, as well as several members of PIARC C3.3 Working Group No. 6 and ITA Working Group 6 have mentioned that every tunnel is unique with regard to the development of a fire scenario. When determining the specific fire size numerous parameters are of importance such as: • type and density of traffic, and consequently the fire load and its distribution
(area), as well as the possible fire spread • cross-sectional configuration, length and inclination (slope) of the tunnel • ventilation design and ventilation capacity of the tunnel • possible use of active measures such as sprinklers or water mist
• roughness of the tunnel surface and changes in cross section • thermal inertia of the tunnel boundaries. Due to very high temperatures, there might be a risk of over designing tunnels when applying some curves independent of the real tunnel parameters. New safety engineering principles should be explored and developed to establish more appropriate design fires for tunnels in the future.
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8 RESPONSABILITÉS OPÉRATIONNELLES EN CAS D’URGENCE
8.1 Introduction Un certain nombre de questions doivent être examinées en ce qui concerne les opérations en tunnels pendant une urgence :
• l’établissement de protocoles d’intervention d’urgence en vue de mener à bien les opérations requises ;
• une claire compréhension de la conception du système et de ses implications opérationnelles ;
• une claire compréhension des points où la conception a été modifiée, afin de revoir l’objectif opérationnel ;
• points concernant le rôle des services d’intervention : − bonne communication entre les services d’intervention et l’exploitant
du tunnel ; − bonne compréhension par les services d’intervention des capacités et
des limites du système ; • l’établissement à l’avance d’un plan d’intervention d’urgence intégré qui
soit parfaitement compris par l’ensemble des parties intervenantes ; • le besoin d’une formation initiale et continue du personnel, ainsi que
d’exercices, du fait que des actions doivent être effectuées rapidement ; • le besoin d’entretenir les équipements pour être sûr que les objectifs du
système de contrôle seront remplis. Il est extrêmement important d’établir un plan d’intervention d’urgence, qui soit mis au point et accepté par toutes les parties intervenantes.
8.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Marrakech 1991 Le rapport du Comité des tunnels routiers au XIXe Congrès mondial de la route de Marrakech [56] donnait des directives pour la préparation des consignes sur la façon de traiter un incendie, en se concentrant sur les plans d’intervention d’urgence. Les points principaux étaient les suivants :
• des consignes claires sur la façon de traiter un incendie, destinées à ceux qui sont responsables de l’exploitation du tunnel, y compris les services d’intervention, doivent être établies à l’avance ;
• celles-ci sont nécessaires pour coordonner dans le temps le plus court possible l’action des différents intervenants ;
• les consignes sont rédigées avant la mise en service du tunnel et modifiées en fonction des leçons tirées d’exercices ou d’incidents réels.
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8 OPERATIONAL RESPONSIBILITIES FOR EMERGENCIES
8.1 Introduction There are a number of topics that need to be considered regarding operational responsibilities for emergencies:
• the development of emergency response protocols to achieve required performance;
• a clear understanding of the system design and its operational implications;
• a clear understanding of where the design has been altered, so as to achieve a revised operational objective;
• issues relating to the response by emergency services: − good communication between emergency services and the tunnel operator;
− good understanding by emergency services of the system’s capabilities and
limitations; • the development of an integrated, pre-prepared emergency response plan which
is fully understood by all responding parties; • the need for initial and continuous training of staff, as well as exercises,
recognizing that actions need to be taken quickly; • the need for maintenance of equipment to ensure that the system control
objectives can be met. It is of prime importance to establish an emergency response plan that is developed and agreed to by all responding parties.
8.2 Previous Work by PIARC Marrakesh 1991 The Report of the Committee on Road Tunnels to the XIXth World Road Congress in Marrakech [56] gave guidelines for the preparation of instructions on how to deal with fire, focusing on the formulation of emergency response plans. The major points made were as follows:
• advance planning is required to create clear instructions on how to deal with a fire for those responsible for the operation of the tunnel, including emergency services;
• these plans must ensure that coordination of the various emergency response units takes place in the shortest possible time;
• instructions should be prepared before commissioning the tunnel and amended in the light of lessons learned during trial exercises and actual incidents.
AIPCR . 206 . 05.16.B - 2006
Les actions prioritaires à la base des plans d’intervention sont : la sauvegarde des vies humaines, l’intervention rapide des services de secours sur le lieu de l’incendie, l’établissement de la meilleure coordination possible entre les différents services de secours et le maintien des communications entre la salle de commande et le lieu de l’accident. Les consignes données dans chaque plan doivent prendre en compte le mode de ventilation ainsi que les caractéristiques du tunnel, telles que longueur et trafic uni ou bidirectionnel, nature des équipements d’alarme et d’urgence, situation urbaine ou en rase campagne, existence d’une salle de commande, problèmes d’accès et difficultés rencontrés par les services de secours. Des essais d’incendies et des exercices d’entraînement doivent être effectués pour tester le plan. Le rapport général sur la sécurité présenté au XIXe Congrès mondial de la route de Marrakech [58] mettait l’accent sur la nécessité d’une organisation des services de secours et sur les éléments importants d’un système de secours : premiers secours, appel d’urgence, services de secours et aide clinique. Ce rapport indiquait également qu’une faiblesse dans l’un quelconque des éléments ne pouvait pas être compensée par le renforcement d’un autre. Le rapport sur la « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers [2] consacre un chapitre à la gestion des interventions en cas d’incendie.
8.3 Mise en œuvre des systèmes de maîtrise des fumées A l’origine, le concepteur définit les objectifs d’un système de ventilation, dimensionne les équipements nécessaires et propose les actions que l’exploitant devra effectuer selon les différents scénarios. Le concepteur doit par conséquent comprendre comment se comportent les fumées, ce que l’usager du tunnel est susceptible de faire (comportement humain) et ce que l’exploitant – et plus tard les services de secours – doivent faire en réponse à une situation d’urgence. D’une façon idéale, le système de ventilation devrait être capable de répondre immédiatement à un incident du trafic afin de protéger aussi bien les vies humaines que l’infrastructure du tunnel. C’est à cet idéal théorique que le concepteur s’efforce de parvenir. Dans la pratique cependant, d’autres facteurs exercent leur influence. Il faut alors juger du mode d’exploitation le mieux approprié pour une situation d’urgence donnée, en choisissant parfois parmi les nombreuses solutions disponibles.
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The priority actions on which the plans are based are: to save human lives, to ensure the rapid intervention of emergency services at the scene of the fire, to create the smoothest possible coordination between the various emergency services, and to maintain communications between the control room and the scene of the accident. Instructions within each plan must take into account the method of ventilation and the characteristics of the tunnel, e.g. length and one-way or two-way traffic, nature of the alarm and emergency equipment, urban or rural location, existence of a control room, problems of access and difficulties for the intervention of emergency services. To test the plan, fire tests and trial exercises should be carried out. The General Report on Safety presented to the XIXth World Road Congress in Marrakech [58] emphasized the need for organization of rescue services and the important elements of a rescue system: first aid, emergency call, rescue services and clinical help. This report also indicated that a weakness in any one element could not be compensated for by a strength in another. The report on “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2] devotes a section to Fire Response Management.
8.3 Operation of Smoke Control Systems The designer initially defines the objectives of the ventilation system, sizes the necessary equipment and proposes what actions the operator should take under various scenarios. The designer, therefore, needs to understand the behaviour of smoke, what the tunnel user might do (human behaviour), and what the operator, and later emergency services, should do in response to an emergency. Ideally, a tunnel ventilation system would have the capability to immediately respond to a traffic incident in a manner that protects both human life and the tunnel infrastructure. The designer attempts to achieve this theoretical ideal. In practice, however, other factors will impact the situation. Judgment will be required to select the most appropriate operating mode, sometimes among many available, for any given emergency situation.
AIPCR . 208 . 05.16.B - 2006
Pour les exploitants de tunnel, cela s’exprime par une série de choix qui peuvent être faits quant à la configuration des équipements de ventilation existants. Ces choix sont habituellement fondés sur des configurations d’utilisation des équipements pré-établies, ce qui implique de se poser les questions suivantes : • Quelle était l’intention du concepteur ? • Comment le système doit-il être exploité pour réaliser cette intention ? • Indépendamment de la conception – que peut faire le système de
ventilation et comment ? Les objectifs de conception devraient fournir un moyen utile pour caractériser la performance opérationnelle potentielle du système de ventilation, tandis que les caractéristiques effectives du système définissent le résultat réalisable du point de vue de l’exploitation. Lors de la réaction à un incident réel, la distinction peut être critique – et l’importance de l’interface entre conception et exploitation cruciale. Un exemple simple est la nécessité de réduire le courant d’air à l’intérieur d’un tunnel bidirectionnel pendant la phase initiale d’évacuation pour maintenir au mieux une qualité acceptable de l’air (par la stratification des fumées). Le concepteur peut avoir dimensionné le système de ventilation pour que la vitesse reste inférieure à la valeur critique afin que les fumées soient stratifiées, et avoir configuré les réglages de la ventilation en fonction. Mais le trafic dans le tunnel et le vent aux têtes peuvent induire des vitesses plus élevées. Par conséquent, l’exploitant (suivant les procédures du concepteur) doit avoir la possibilité de contrôler les fumées en fonction des conditions réelles, plutôt que des conditions de dimensionnement. Sinon l’exploitant peut ne plus être capable de contrôler le système de ventilation au cours d’un incident. Il est donc extrêmement important de transmettre à l’exploitant toutes les connaissances sur la conception originelle. La flexibilité opérationnelle prévue dans la conception doit être soigneusement transmise à l’exploitant. Celui-ci doit connaître les options réellement utilisables plutôt que les alternatives opérationnelles théoriques complexes. D’une façon générale, les exploitants doivent rendre compte systématiquement de leurs observations des faits réels et les comparer aux objectifs de ventilation tels que décrits dans les documents originaux de dimensionnement. Des changements dans le personnel, dans les pratiques d’exploitation, dans les performances et les besoins du système peuvent donner lieu à des demandes opérationnelles vis-à-vis du système de ventilation pour lesquelles il n’avait pas été dimensionné.
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For tunnel operators this is reflected in a series of choices that can be made about the configuration of existing ventilation equipment. Usually these choices are based upon pre-planned equipment usage configurations, hence the following questions are to be considered: • What is the intention of the design? • How should the system be operated to achieve that intention? • Independently of the design – what can the ventilation system achieve and how? The objectives of the design should provide a useful means of characterizing the potential operational performance of the ventilation system, whereas the actual characteristics of the system define the achievable result from an operational perspective. In responding to a real incident this distinction may be critical – and the importance of the design-operator interface crucial. A simple example is the requirement to reduce airflows in a bi-directional tunnel during the initial evacuation phase so as to maximize tunnel air tenability (via smoke stratification). The designer may have designed the ventilation system to achieve a velocity lower than the critical value to ensure smoke stratification, and configured the ventilation power settings accordingly. However, the tunnel traffic or portal winds may cause higher velocities. As a result, the operator (following the designer’s procedures) must have the ability to control the smoke based on actual, rather than design conditions. Alternatively, the operator may lose the ability to manage the ventilation system during an incident. Therefore, it is extremely important to transfer all original design knowledge to the tunnel operator. The intended operational flexibility of the design should be carefully conveyed to the operator. The operator must be given really usable options as opposed to complex, theoretical operational alternatives. As a general practice, operators should systematically review their real-life observations and practices and compare them to the ventilation objectives stated in the original design documents. Changes in staff, operational practices, system performance and system requirements can make operational demands on the ventilation system for which it was not designed.
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L’interface entre la conception de la ventilation et les conditions réelles d’exploitation est fondamentale, non seulement pour optimiser la réaction de la ventilation en cas d’urgence, mais aussi pour assurer que l’entretien et/ou la remise en état du tunnel n’empêchent pas d’atteindre les exigences d’exploitation et de conception. Comme les périodes pendant lesquelles il n’arrive aucun incident sont généralement longues, les exploitants ont tendance à oublier qu’il existe des différences entre l’intention originelle de la conception et les caractéristiques réelles d’exploitation. Ils doivent rester conscients de ce fait dans le cas où une urgence, semble-t-il improbable, se produit réellement.
8.4 Action des services d’intervention
8.4.1 Introduction Pour tout tunnel, le plan d’intervention d’urgence doit inclure des procédures pour appeler les services d’intervention. Cela peut être nécessaire si les systèmes de sécurité prévus dans le tunnel sont défaillants et si l’exploitant est incapable de traiter un incident selon les méthodes habituelles, ou si l’incident est suffisamment grave pour nécessiter l’assistance immédiate sur place des services de secours (c’est-à-dire pompiers, services de secours, police et services médicaux).
8.4.2 Communications Qui effectue le premier appel au Centre d’alarme ? Le premier signalement d’un incident peut avoir plusieurs sources : • un opérateur du tunnel dans la salle de commande, lorsqu’il est alerté par
une détection technique ou la vidéosurveillance ; • un usager utilisant un téléphone d’appel d’urgence à l’intérieur du tunnel ; • un usager utilisant un téléphone mobile. A noter la difficulté que peut
éprouver un étranger à trouver le bon numéro d’alerte, puisque des pays différents ont un numéro d’alerte différent ;
• etc. Quelle que soit la source du premier appel d’alerte, il est important que le Centre d’alarme obtienne toutes les informations essentielles aussi rapidement que possible. Cela permet aux autorités de prendre les décisions adéquates pour le type et le volume de forces de secours à prévenir. En fonction des procédures normales locales, les forces de secours peuvent être activées automatiquement pour traiter la situation. Mais des informations fausses peuvent provoquer un retard fatal.
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The interface between ventilation design and actual operation is fundamental, not only to optimize the ventilation response in the event of an emergency, but also to ensure that tunnel maintenance and/or refurbishment do not prohibit the operational and design requirements from being met. Because long periods of time usually pass without incident, tunnel operators tend to forget that there are differences between the original design intention and the actual operating characteristics. They must remain cognizant of this fact in case the seemingly unlikely emergency actually occurs.
8.4 Emergency Service Intervention
8.4.1 Introduction The emergency response plan for any tunnel should include procedures for bringing in emergency services. This may be required if the planned safety systems in the tunnel fail and the operator is unable to deal with the incident on a routine basis, or if the incident is severe enough to require the immediate assistance of emergency services (i.e., Fire Department, Rescue Department, Police and Medical Services) on the scene.
8.4.2 Communications Who will make the first call to the Alarm Centre? The first indication of an incident may come from a number of sources: • a tunnel operator in the control room, basing his knowledge on technical detection
or video surveillance; • a tunnel user utilizing an emergency phone inside the tunnel; • a tunnel user utilizing a mobile phone. Note the potential difficulty for a foreigner to
find the right alarm number, since different countries may have different alarm numbers;
• etc. Regardless of the source of the first alarm call, it is important that the Alarm Centre obtains all the essential information as soon as possible. This enables authorities to make the right decisions as far as the type and quantity of rescue forces to be alerted. Depending on the standard local operating procedures, it can automatically activate rescue forces to deal with the situation. Wrong information, however, can cause fatal delays.
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Un autre défi est la façon dont les intervenants peuvent obtenir des informations supplémentaires lorsqu’il se rendent sur place (c’est-à-dire en utilisant la radio d’urgence ou des téléphones portables). Dans de nombreux cas, les intervenants n’ont pas la possibilité d’utiliser la radio d’urgence pour communiquer avec l’exploitant du tunnel. Certaines forces de secours pensent que les téléphones portables sont très pratiques, mais il existe toujours le risque – en particulier en cas d’urgence – que les réseaux soient surchargés. Quelle est l’information la plus importante pour le Responsable des secours ? Le responsable des secours doit être au courant des conditions qui règnent dans le tunnel : • Que s’est-il passé (collision, incendie de véhicule, perte de matière
dangereuse, etc.) ? • Quelle est la fiabilité des informations (combien d’appels, en provenance
de qui, etc.) ? • Quelle est la localisation précise de l’incident (quel tunnel, à quelle
distance à l’intérieur de celui-ci, meilleur accès s’il est connu, etc.) ? • Quelles sont les personnes concernées (en lieu sûr, en danger immédiat,
nombre de blessés, etc.) ? • Le trafic a-t-il été stoppé par l’exploitant ? • Quelle est la direction du courant d’air à l’intérieur du tunnel ? Une fois que la première unité est arrivée à l’extérieur du tunnel, il est important que l’exploitant donne des informations plus détaillées sur la zone de l’accident. Le meilleur moyen est une discussion en face à face, la direction des opérations de secours étant alors transmise à la brigade de pompiers ou à d’autres services de secours, selon ce qui convient. La première priorité est de connaître la localisation de l’accident ou de l’incendie dans le tunnel pour (1) assurer la sécurité des sauveteurs, et (2) choisir les tactiques de secours les plus efficaces. Il est impératif que le centre de commande apporte son concours pour mettre au point ces dernières. Par exemple, les services de secours pénétrant dans la zone hors incident d’un tunnel à deux tubes doivent savoir où se situent les communications inter-tubes les plus proches du site. Ils ont aussi besoin de connaître les itinéraires possibles d’évacuation, l’emplacement des sorties de secours et les particularités du système de ventilation pour effectuer leurs tâches de façon efficace. Si le tunnel n’a qu’un seul tube, les unités du service d’intervention doivent choisir la tête par laquelle l’air frais pénètre et entrer dans la même direction, car il est pratiquement impossible de progresser contre la fumée en raison de la chaleur et de la mauvaise visibilité. On sait qu’en général les appareils respiratoires ne fonctionnent pas suffisamment longtemps, en particulier pendant les grands incendies.
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The next challenge is how responders can obtain further information on their way to the scene (i.e., by using the emergency radio system or mobile phones). In many cases, the responders do not have the capability of using the emergency radio system to communicate with the tunnel control operator. Some rescue forces have found mobile phones to be very useful, but there is always the risk, especially during emergencies, that the mobile network can become overloaded. What is the most important information for the Rescue Leader? The rescue leader needs to know the conditions in the tunnel: • What has happened (i.e., collision, vehicle fire, leakage of dangerous goods, etc.)
• What is the reliability of the information (i.e. how many calls, by whom, etc.)
• What is the precise location of the incident (i.e., which tunnel, how far in, best
approach if known, etc.) • Where are the people (i.e., in a safe place, in immediate danger, the number of
injured, etc.) • Has the traffic been stopped by the operator • What direction is air flowing in the tunnel Once the first unit has arrived outside the tunnel, it is important for the tunnel operator to convey more detailed information regarding the accident area. This is best accomplished during a face-to-face dialogue, at which point rescue operation leadership is transferred to the Fire Brigade or other Emergency Services, as appropriate. The first priority is acknowledgement of the accident or fire location in the tunnel to (1) secure the safety of the rescuers, and (2) choose the most effective rescue tactics. It is imperative to have the support of the Control Centre in strategizing the latter. For example, Emergency Services entering the non-incident bore of a twin-tube tunnel would need to know cross-passage locations closest to the scene. They would also need to know possible evacuation routes, emergency exit locations, and particulars of ventilation system operation in order to effectively carry out their duties. If there is only a single tunnel tube, Emergency Service units must choose an opening where fresh air is flowing in and enter in the same direction as it is almost impossible to advance against smoke due to the heat and limited visibility. Breathing apparatus typically does not work long enough, particularly during larger fires.
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S’il n’existe pas de centre de commande, le responsable des secours doit attendre de recevoir ces informations de la part des unités de secours pour prendre les décisions appropriées et donner ses ordres. Le plan d’intervention d’urgence devrait prendre en compte tous ces points.
8.5 Plan – Formation – Exercice
8.5.1 Scénarios et procédures d’exploitation Les données indiquées dans le chapitre 8.4.1 servent de base pour l’établissement des scénarios d’exploitation possibles : • exploitation normale : trafic fluide, congestion, exploitation, entretien,
réparation, rénovation, cas exceptionnels, etc. • exploitation d’urgence : pannes, collisions, épandage de liquides ou
matériaux toxiques ou non toxiques, etc. Ces scénarios servent de base pour la rédaction et la documentation des procédures d’exploitation correspondantes. Les scénarios et procédures doivent être vérifiés régulièrement, en particulier en cas de modification des données de base.
8.5.2 Plan d’intervention d’urgence Il est essentiel que des procédures standard d’exploitation soient établies pour les cas d’incendie en tunnel routier. L’élaboration d’un Plan d’intervention d’urgence est une première étape essentielle pour la mise au point des interventions en cas d’urgence. Le plan devrait spécifier les interventions particulières en réponse à différents types d’incidents, y compris la façon dont la ventilation doit être mise en œuvre. Il devrait inclure la coordination et l’interaction correctes entre les concepteurs du tunnel (dans certains cas), les exploitants et tous les services extérieurs qui peuvent être appelés à participer activement en cas d’incident dans le tunnel. Ces services peuvent être la police, les pompiers, la défense civile, les services médicaux d’urgence, les garde-côtes, une éventuelle agence de gestion des urgences, le Ministère des transports, les sociétés locales privées (pour les équipements), le Ministère des travaux publics, la compagnie des eaux, la compagnie d’électricité et la compagnie du téléphone. Un groupe ou un comité de responsables devrait être mis en place pour suivre la mise au point du Plan d’intervention d’urgence intégré. Ce groupe pourrait se composer du maître d’ouvrage, de l’exploitant, du concepteur, du maître d’œuvre et des services de secours, incluant tous les services d’intervention potentiels. Un manque de prévision a pour résultat une mauvaise coordination des services de secours, et par conséquent le risque d’une moins bonne gestion de l’incident.
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If there is no Tunnel Control Centre, the Rescue Leader must wait for this information from his rescue units in order to make appropriate decisions and give orders. The emergency response plan should take into account these considerations.
8.5 Plan – Training – Exercise
8.5.1 Operating Scenarios and Procedures The data indicated in Section 8.4.1 will serve as the basis for establishing possible operating scenarios: • normal operation. Free-flowing traffic, congestion, operation, maintenance, repair,
renovation, exceptional cases, etc.; • emergency operation. Breakdowns, collisions, spillages of toxic or non-toxic
liquids or materials, etc. These scenarios will serve as the basis for drawing up and documenting the corresponding operating procedures. The scenarios and procedures have to be regularly checked, particularly if eventual changes in basic data take place.
8.5.2 Emergency Response Plan It is essential to establish standard operating procedures for road tunnel fires. The development of an integrated Emergency Response Plan is an essential first step in planning the operational responses to tunnel emergencies. The plan should specify particular responses to various types of incidents, including the description of how the ventilation system should be used. It should include proper coordination and interaction between the tunnel designers (in some cases), the tunnel operators, and all outside agencies that might ultimately become active responders to an emergency incident within the tunnel. These may include the Police Department, Fire Brigade, Civil Defense, Emergency Medical Services, Coast Guard, a possible Emergency Management Agency, Department of Transportation, Local Private Firms (Equipment), Department of Public Works, Water Company, Power Company, and Telephone Company. A stakeholder’s group or committee should be established to have input in the development of the integrated Emergency Response Plan. Such a group would consist of owner, operator, designer, constructor and emergency services, including all potential responding agencies. A lack of forward planning will result in incorrect coordination between responding organizations that could diminish the success of incident management.
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8.5.3 Formation Le Plan d’intervention d’urgence intégré doit inclure des dispositions pour une formation adaptée, afin que toutes les parties concernées comprennent bien chaque aspect du plan et que toutes les modifications éventuelles des conditions soient bien prises en considération. La formation doit impliquer l’ensemble du personnel d’exploitation et tous les intervenants des services extérieurs. Un programme de formation adapté doit être établi et l’ensemble de la formation réalisée comme prévu. Les exercices de remise à niveau sont particulièrement importants, car les affectations au sein des services d’intervention peuvent changer fréquemment. La remise à niveau du personnel existant doit également être envisagée, car l’occasion de participer à une intervention réelle dans un tunnel routier spécifique n’est pas très fréquente. Les exercices en grandeur réelle doivent faire partie de tous les plans d’interventions d’urgence pour les tunnels routiers. Ils doivent avoir lieu aussi souvent que nécessaire pour maintenir l’efficacité des intervenants potentiels. Ces exercices en grandeur réelle incluent la participation de tous les services intervenants extérieurs. Un exercice intégré de cette sorte permet à tous les représentants des services extérieurs de se familiariser avec les aspects spécifiques d’une intervention d’urgence dans un tunnel routier. Le rapport AIPCR « Manuel de bonne pratique pour l’exploitation et l’entretien des tunnels routiers » [59] comporte un excellent chapitre sur la formation et les exercices de sécurité. Les exercices théoriques, bien que d’un grand bénéfice, ne remplacent pas les exercices en grandeur réelle.
8.6 Entretien préventif, inspections et essais
8.6.1 Introduction Dans un tunnel où il ne se passe rien, on peut, au fil des années, perdre la notion ou la compréhension des capacités techniques d’origine permettant de réagir vis-à-vis des exigences complexes d’un incident. L’entretien préventif, les inspections et les essais sont la clé d’un outil qui fonctionne lorsqu’il en est besoin. Il est essentiel de procéder à intervalles réguliers à des travaux d’entretien préventif, à des inspections et à des exercices sur tous les équipements de sécurité, les commandes, les portes d’évacuation, les communications, l’éclairage, la signalisation, les courroies et chaînes de transmission, etc., pour que les composants de la sécurité continuent à atteindre les objectifs de la conception en cas d’incendie.
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8.5.3 Training The integrated Emergency Response Plan should include provisions for regular training to ensure that all parties understand every aspect of the plan, and to make sure that all possible variations in circumstances are being taken into consideration. Training must involve all operating personal and all anticipated responders from external agencies. A regular training programme schedule should be established and all training conducted as scheduled. Regular re-training exercises are particularly important because staff assignments within responding agencies can change frequently. Re-training of existing personnel should also be considered since the opportunity to participate in an actual response in a specific road tunnel may be reasonably infrequent. Full-scale exercises must be a part of all road tunnel emergency response plans. They should be conducted as frequently as required to maintain the proficiency of the potential responders. These full-scale exercises should include the participation of all potential responding external agencies. Such an integrated exercise will allow all external agency representatives to become familiar with the unique aspects of an emergency response in a road tunnel. The PIARC report on Good practice for the operation and maintenance of road tunnels [59] contains an excellent section on Training and Emergency Exercises. Tabletop exercises, while extremely beneficial, do not replace the need for full-scale exercises.
8.6 Preventive Maintenance, Inspection and Testing
8.6.1 Introduction An uneventful tunnel environment can, over the passage of years, lead to a loss in sophistication or understanding of the original technical capabilities to respond to the complex demands of an incident. Preventive maintenance, inspection and testing are the key to having an emergency component working when needed. Regular preventive maintenance, inspection and exercising of all emergency equipment, controls, egress doors, communications, lighting, signage, transmission belts and chains, etc. is essential for maintaining the design intent of the fire-life safety components.
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De ce point de vue, le rôle de l’entité d’exploitation est essentiel, aussi bien pour auditer les performances réelles que pour les comparer aux performances de dimensionnement. Si les essais du système de ventilation révèlent des anomalies entre le « dimensionnement » et ce qui est réellement constaté, il est alors possible que ces performances de la ventilation se soient altérées avec le vieillissement. Un exemple courant est la diminution de l’efficacité d’extraction d’une trappe d’extraction des fumées. Cela s’explique souvent par une augmentation des fuites à la fois sur les anciens registres et les bouches d’aspiration. Les performances d’origine peuvent être rétablies grâce à leur entretien ou à leur remplacement, permettant ainsi aux exploitants de choisir la bonne réaction face à un incident. Le Plan d’entretien du tunnel devrait être élaboré dès le début de la conception du projet afin de limiter l’apparition de telles anomalies au cours de la vie du tunnel.
8.6.2 Equipements et systèmes de contrôle Tous les équipements de sécurité doivent être inspectés et entretenus selon les recommandations du fabricant, pour l’environnement spécifié. Les équipements de ventilation devraient être mis en fonctionnement tous les un ou deux mois pour s’assurer que l’ensemble des ventilateurs et des registres fonctionnent correctement, à toutes les vitesses de dimensionnement des ventilateurs et à toutes les positions des registres. La mise en fonctionnement des ventilateurs et des registres ne devrait pas se limiter à une opération locale et manuelle, ils devraient aussi être actionnés au moyen de la télécommande, pour s’assurer que la totalité du système fonctionne ainsi qu’il est prévu dans le dimensionnement d’origine. Les portes des issues de secours, l’éclairage et la signalisation devraient être inspectés et entretenus conformément aux recommandations du fabricant pour l’environnement spécifié. Ils devraient être vérifiés tous les un ou deux mois au minimum. Les équipements électriques et les systèmes de contrôle et de commande d’urgence devraient être inspectés, entretenus et actionnés conformément aux règlements locaux et aux recommandations du fabricant pour l’environnement spécifié. Au minimum, ils devraient être vérifiés à des intervalles allant de trois mois à un an selon l’équipement, et toute panne devrait être signalée automatiquement. Les systèmes de communication d’urgence devraient être inspectés, entretenus et actionnés conformément aux règlements locaux et aux recommandations du fabricant pour l’environnement spécifié et vérifiés tous les un à deux mois. Les systèmes de lutte contre l’incendie devraient être inspectés et entretenus conformément aux règlements locaux et aux recommandations du fabricant pour l’environnement spécifié. Ils devraient être vérifiés tous les un à deux mois.
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The operating entity’s role as an auditor of both actual performance and actual performance compared to design performance is essential in this respect. If ventilation system testing reveals anomalies between ‘design’ and what is actually being observed, there is the possibility that the ventilation system’s performance has decayed with age. A common example of such decay is the reduced extraction efficiency of a smoke damper. This is often explained by increased leakage in both old dampers and exhaust vents. Maintenance or refurbishment can return the system to its original design performance, thus allowing the operators to select an appropriate incident response. The Tunnel Maintenance Plan should be developed at the beginning of the project design to minimise the occurrence of such discrepancies during the life of the tunnel.
8.6.2 Equipment and Controls All safety equipment needs to be inspected and maintained per the manufacturer’s recommendations for the specified environment. Ventilation equipment should be exercised every one or two months to ensure that all fans and dampers will operate properly at all fan design speeds and damper positions. Fan and damper operation should not be limited to local and manual operation, but should also be operated via remote control to ensure that the entire system is performing as the original design intended. Emergency egress doors, lighting and signage should be inspected and maintained per the manufacturer’s recommendations for the specified environment. At a minimum, they should be checked every one or two months. Emergency electrical and monitoring equipment and controls should be inspected, maintained and exercised per the local guidelines and the manufacturer’s recommendations for the specified environment. At a minimum, they should be checked every three months to one year depending on the equipment, and any breakdown should be automatically reported. Emergency communications systems should be inspected, maintained and exercised per the local guidelines and the manufacturer’s recommendations for the specified environment and checked every one or two months. Fire protection systems should be inspected and maintained per the local guidelines and the manufacturer’s recommendations for the specified environment. At a minimum, they should be checked every one or two months.
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8.6.3 Archivage exhaustif Il est essentiel de conserver la trace de tous les rapports concernant les inspections, l’entretien et les exercices. Ces archives permettent aux gestionnaires d’identifier les pièces qui s’usent le plus et de cibler les efforts d’entretien à venir. Un archivage exhaustif aide également à budgétiser les coûts d’exploitation et d’entretien.
8.6.4 Coûts et budgets d’entretien Des autorités différentes peuvent être chargées des phases de conception et de construction du tunnel d’une part et de son exploitation et de son entretien, d’autre part. Les coûts d’exploitation et d’entretien pendant la durée de vie du tunnel doivent être examinés lors de la conception de l’ouvrage. Ces coûts doivent être communiqués à l’autorité chargée de l’exploitation du tunnel, qui est responsable de l’entretien. Le chapitre 4 de la référence [59] donne des informations sur les coûts et budgets d’entretien. Il faut insister sur le fait qu’un facteur important pour bien maîtriser les interfaces est de s’assurer que l’autorité exploitante est impliquée dans la conception, et que les autorités chargées de la conception et de la construction sont impliquées dans les phases initiales de l’exploitation.
8.7 Essais du système de ventilation Le présent paragraphe concerne le suivi et l’entretien des systèmes de ventilation d’un tunnel routier. Le système de ventilation jouant un rôle majeur dans la sécurité du tunnel, il est essentiel qu’il puisse fonctionner correctement et efficacement à tout moment. Des ensembles d’essais doivent être définis dans ce but et adaptés aux spécifications particulières du tunnel. Le principal objectif des essais du système de ventilation d’un tunnel routier est double : • vérifier la fonctionnalité de tous les éléments du système, aussi bien au
moment de la commande (essais de réception en usine) qu’in situ (essais de fonctionnalité à intervalles spécifiés) ;
• vérifier les performances in situ du système et de ses composants en les comparant aux spécifications de dimensionnement.
Ce double objectif trouve sa place dans le cadre des mesures recommandées au niveau international pour améliorer la sécurité des tunnels routiers. Il correspond en particulier à des dispositions spécifiques de la référence [7], à savoir 2.01 « Organe de coordination et de la supervision », 2.02 « Responsable de la sécurité » et 3.05 « Directives concernant l’équipement des tunnels ».
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8.6.3 Comprehensive Record Keeping It is essential to keep track of all reports concerning inspection, maintenance and exercising. This record keeping enables the managing authority to identify parts that are wearing most and to focus future maintenance efforts. Comprehensive record keeping also aids in budgeting the operating and maintenance costs.
8.6.4 Maintenance Costs and Budgets There may be different Authorities in charge of the tunnel design and construction phases as opposed to the operation and maintenance of the tunnel. Operating and maintenance costs for the life of the tunnel should be addressed during the design stage of the tunnel project. These costs should be relayed to the Tunnel Operating Agency that is responsible for maintenance. Section 4 of Reference [59] contains information regarding tunnel maintenance costs and budgets. It should be stressed that an important factor in overcoming interface issues is to ensure that the operating agency is involved in the design, and that the design and construction agencies are involved in the initial phases of the operation.
8.7 Ventilation System Tests This section addresses the monitoring and maintenance of road tunnel ventilation systems. Because the ventilation system plays a major role in tunnel safety, it is essential that it operates properly and effectively at all times. To achieve this goal, sets of tests have to be defined and adapted to specific tunnel specifications. The primary objective of road tunnel ventilation system testing is twofold: • to verify the functionality of all elements of the system, both at the time of ordering
(factory and acceptance testing) and in-situ (functionality testing at specified intervals);
• to verify the in-situ performance of the system and its component parts by comparing it to the design specifications.
This twofold objective falls within the framework of the measures recommended at the international level to improve road tunnel safety. In particular, it corresponds to specific provisions of reference [7],] namely 2.01 “Supervisory Coordinating Body”, 2.02 “Safety Officer” and 3.05 “Guidelines on Tunnel Equipment”.
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Pour parvenir à ce but, les exploitants doivent établir une documentation complète sur tous les aspects des systèmes de ventilation, depuis l’environnement technique et naturel jusqu’au suivi de toutes les modifications et adaptations (procédures d’assurance de qualité).
8.7.1 Organisation générale de la structure de contrôle L’organisation effective de la structure de contrôle pour la sécurité dans les tunnels routiers peut varier d’un pays à un autre, voir référence [7] par exemple. Mais il est important que cette organisation soit décrite par écrit et que les tâches et responsabilités exactes de toutes les parties soient fixées dès le commencement. L’ensemble du système et de ses composants doit subir des essais complets avant d’être mis en service, puis de nouveau à des intervalles réguliers de quatre à six ans. Des essais de routine simplifiés doivent être effectués tous les ans. Les essais complets et les essais de routine simplifiés doivent tenir compte de la nature du tunnel et de son système de ventilation.
8.7.2 Données de base et suivi des données Données de base Les essais doivent s’accompagner d’une documentation exhaustive sur tous les aspects du tunnel concernant le système de ventilation : • Construction et électromécanique : données structurelles liées
directement à la ventilation − Longueur(s) du (des) tube(s) − Profil en long du tunnel − Profils transversaux caractéristiques du tunnel (surfaces, formes) − Tracé des gaines de ventilation (topologie, sections) − Disposition et caractéristiques des registres (ventilation, fermeture,
bypass, etc.) et des ventilateurs (d’air frais, d’extraction, accélérateurs, etc.)
• Environnement de l’ouvrage : paramètres aux entrées et dans les zones des puits de ventilation ayant une influence sur la ventilation du tunnel − Vents dominants − Pressions barométriques habituelles − Topographie des sites − Degrés et types d’urbanisation des sites
• Trafic routier : pour l’année d’ouverture du tunnel et à intervalles réguliers ensuite, indication des caractéristiques du trafic servant de base au dimensionnement du système de ventilation : − Trafics moyens journalier et annuel − Volumes de trafic aux heures de pointe − Composition habituelle du trafic (pourcentages de véhicules légers et
lourds) − Pannes par direction de circulation.
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To fully support this objective, the operators of road tunnels have to develop comprehensive documentation for all aspects of the ventilation systems, from the technical and natural environment through the monitoring of any modifications and adaptations (quality assurance procedures).
8.7.1 General Organisation of the Control Structure The effective organisation of the control structure for safety in road tunnels may vary from one country to another; see reference [7] for example. However, it is important to document this organisation and to fix the exact tasks and responsibilities of all its bodies from the start. The whole system and its component parts must undergo comprehensive testing before coming into service, and again at intervals of four to six years thereafter. Simplified routine tests must be carried out annually. The details of the comprehensive tests and the simplified routine tests must take into account the nature of the tunnel and its ventilation system.
8.7.2 Basic Data and Data Monitoring Basic Data The tests must be accompanied by comprehensive documentation on all aspects of the tunnel relevant to the ventilation system: • Construction and electro mechanics: structure data directly relating to the
ventilation − length of the tunnel bore(s) − longitudinal profile of the tunnel − characteristic transverse profiles of the tunnel (areas, shapes) − layout of ventilation ducts (topology, sections) − layout and characteristics of dampers (ventilation, closing, bypass, etc.) and
fans (for fresh air, for extraction, longitudinal booster, etc.)
• Environment of the structure: parameters at the portals and in the airshaft zones affecting tunnel ventilation − prevailing winds − typical barometric pressures − topography of the sites − degrees and types of urbanisation of the sites
• Road traffic: for tunnel opening year and regular intervals thereafter, indication of the traffic characteristics serving as the basis for the dimensioning of the ventilation system: − average daily and annual traffic flows − traffic volumes at peak hours − typical composition of traffic (percentages of light and heavy vehicles) − breakdowns per traffic direction
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• Hypothèses de dimensionnement et performances requises : le système de ventilation doit être dimensionné pour répondre aux exigences des réglementations en vigueur pour chacun des scénarios d’exploitation définis ; les hypothèses principales prises en compte doivent être documentées : − noms et dates des réglementations prises en compte − valeurs par défaut − paramètres aérodynamiques (coefficients de frottement, densités,
etc.). Les limites de dimensionnement déterminent les performances requises du système de ventilation et de tous les composants de ce système (ventilateurs, vannes, éléments de commande et de contrôle, etc.) pour chaque scénario d’exploitation. La compilation des performances requises constitue la base permettant de définir de façon réaliste les tests complets et les tests de routine simplifiés. Suivi des modifications des données de base Les données de base auxquelles il est fait référence ci-dessus déterminent le choix et le dimensionnement du système de ventilation. Modifier des données, quelles qu’elles soient, peut avoir un impact important sur le dimensionnement et/ou l’exploitation du système. Il est donc nécessaire de vérifier régulièrement ces données et d’évaluer l’impact de leurs modifications. Le suivi des données de base inclut le suivi du développement des connaissances et de la technologie dans le domaine de la ventilation. Suivi des événements au cours de l’exploitation La collecte des données concernant un événement qui s’est produit dans le courant de l’exploitation permet de mettre en lumière certaines tendances ou défauts et de vérifier l’efficacité des mesures correctives. Les données doivent être rassemblées, par catégorie, pour les événements concernant tous les domaines de l’exploitation. En ce qui concerne la ventilation, les principales données sont les suivantes : • enregistrement des réponses du système et/ou des opérateurs en cas
d’incident (temps de réaction, scénarios manuels ou automatiques mis en œuvre, etc.)
• enregistrement des pannes et dysfonctionnements (cause, fréquence, impact)
• analyse et utilisation des mesures (CO, opacité, courants d’air, etc.), en particulier en établissant des corrélations (par exemple, vitesse de l’air en fonction des conditions atmosphériques).
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• Hypotheses for the dimensioning and performance required: the ventilation system must be designed to meet the requirements of the regulations in force for each of the operating scenarios defined; the main hypotheses taken into account in determining size should be documented: − names and dates of the regulations taken into account − default values − aerodynamic parameters (friction coefficients, densities, etc.)
The design limits will determine the required performance of the ventilation system and all system components (fans, valves, command and control elements, etc.) for each operating scenario. The compilation of the required performances constitutes the basis for establishing realistic comprehensive tests and simplified routine tests. Monitoring of Changes in Basic Data The basic data referred to above determine the choice and dimensioning of the ventilation system. Changes in any of these data (particularly traffic characteristics) could have a significant impact on the design and/or operation of the system. It is necessary, therefore, to regularly check the data and to evaluate the impact of modifications. Monitoring of the basic data includes monitoring the development of knowledge and technology in the field of ventilation. Monitoring of Events in the Course of Operation Gathering data on events that occur during the course of operation makes it possible to highlight certain trends or defects, as well as to check the effectiveness of corrective measures. Data must be gathered, per category, for events relating to all fields of operation. For ventilation, the main data points are as follows: • recording the reaction of the system and/or the operators in the event of an
incident (reaction times, manual or automatic scenarios implemented, etc.) • recording breakdowns and malfunctions (cause, frequency, impact)
• analysing and utilising measurements (CO, opacity, airflows, etc.) particularly by
establishing correlations (for example, airflow velocity vs. atmospheric conditions).
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Suivi des modifications de l’ouvrage Mis à part le système de ventilation, les équipements électriques et mécaniques d’un tunnel (par exemple, éclairage, signalisation, instruments de mesure) sont régulièrement modifiés et/ou remplacés au fur et à mesure qu’ils s’usent ou deviennent obsolètes. Les modifications de la structure d’un tunnel sont moins fréquentes. Elles peuvent être rendues nécessaires par l’application de nouvelles technologies ou effectuées lors de travaux d’agrandissement ou d’entretien de grande ampleur. Toutes ces modifications doivent être documentées, avec indication des raisons qui les ont motivées et des conséquences sur tous les autres domaines de l’exploitation.
8.7.3 Essais du système de ventilation Ici sont décrits les essais de ventilation auxquels il faut procéder. L’état initial correspond aux essais qui doivent être effectués au début de l’exploitation du tunnel (essais de mise en service). En cas de modifications, les essais de l’état initial doivent être répétés. Certains essais n’ont pas à être effectués selon un programme régulier. Ils sont conduits en cas de travaux ayant des conséquences pour les installations ou de vérifications particulières. La liste des essais et les plannings correspondants doivent être adaptés à chaque tunnel ; ils dépendent des équipements installés, de l’importance du trafic et du degré d’utilisation des installations. Contrôles visuels Les contrôles visuels s’appliquent à tous les éléments du système de ventilation et aux gaines de ventilation. Il s’agit notamment de vérifier l’état des éléments suivants : • pièces électriques, panneaux, composants, connexions, • éléments de fixation, • pièces métalliques, • joints, manchons, pièces élastiques, • pièces mécaniques, • portes et trappes de visite. Mesures électriques Les mesures électriques s’appliquent à la tension, à l’intensité du courant, et à la puissance absorbée. Mesures du courant d’air, pression des ventilateurs Pour que ces mesures soient précises, elles doivent être effectuées dans une section du circuit où le courant d’air est bien établi.
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Monitoring of Changes in the Structure Apart from the ventilation system, the electrical and mechanical equipment of a tunnel (e.g. lighting, signs, and measuring instruments) is regularly modified and/or replaced as it wears out or becomes obsolete. Modifications to the structure of a tunnel are less frequent. They may be necessitated by the implementation of new technologies or carried out during large-scale enlargement or maintenance works. Any such changes to the tunnel must be documented, indicating the reasons for the modifications and the consequences to all the other areas of operation.
8.7.3 Ventilation System Tests Following are ventilation system tests to be conducted. The initial state corresponds to tests that are to be performed at the beginning of tunnel operation (in-service testing). In case of modifications, the tests at initial state must be repeated. Some tests do not have to be performed according to a regular schedule. These are performed in the event of works with consequences on installations or special verifications. The list of tests and corresponding timetables must be adapted to each particular tunnel, and depends on the installed equipment, traffic volume and degree of utilisation of the installations. Visual Controls Visual controls apply to every part of the ventilation system and to the air ducts. The condition of the following should be verified: • electrical parts, panels, components, and connections • fixation elements • metallic parts • joints, sleeves, elastic parts • mechanical parts • doors and control traps. Electrical Measurements Electrical measurements apply to tension, current intensity, and absorbed power. Airflow Measurements, Fan Pressure In order for these measurements to be accurate, they have to be taken in a section of the airflow circuit where the airflow is fully developed.
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Mesures du courant d’air aux rejets de ventilation Une courte section de gaine est généralement mise en place avant le rejet de ventilation pour permettre de déterminer la vitesse moyenne de l’air en déplaçant dans la section de la gaine, soit un anémomètre, soit un double tube de Pitot. Mesures du courant d’air sur les registres de fumée Il est possible soit de procéder comme on l’a décrit précédemment, soit d’explorer directement le champ de vitesse s’il est suffisamment régulier. Procédures en cas d’incendie Les procédures à appliquer en cas d’incendie sont souvent multiples et dépendent de la localisation du foyer. Les essais doivent être organisés de telle sorte que tous les composants soient mis en fonction de façon régulière. Par exemple, dans le cas d’une ventilation transversale, tous les registres de fumée doivent être testés, il faut ensuite lancer une procédure permettant de tester les ventilateurs d’extraction et les programmes logiques. Il est possible de sous-diviser les essais en périodes plus courtes (hebdomadairement par exemple) pour minimiser la période totale d’essai. Mesures de bruit Les mesures de bruit doivent se faire aux endroits suivants : • sur les prises d’air et aux sorties des équipements de ventilation, pour
déterminer l’état et le vieillissement des silencieux et des ventilateurs, • dans les salles des machines, pour vérifier la protection des ouvriers. Ventilation des abris et des bypass Les contrôles effectués pendant ces essais doivent être conformes aux règlements du pays concerné. Essais d’incendie Des essais d’incendie doivent être organisés en cas de modification des procédures d’incendie ou lors d’exercices avec les services de secours. Il est impossible de définir un planning car il doit être adapté aux conditions locales du tunnel.
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Airflow Measurements in Ventilation Exhausts Equipment consisting of a short duct section is generally placed in front of the ventilation exhaust to allow determination of the average air speed by traversing the duct cross section either with an anemometer or with a double Pitot tube. Airflow Measurements at Smoke Dampers It is possible to either proceed as described previously or to directly explore the speed field if it is sufficiently regular. Fire Procedures The fire procedures to be implemented are often numerous and depend on the fire location. The tests have to be organised in a manner such that all components will regularly be set in function. For example, in the case of transverse ventilation, all smoke dampers should be tested, then some procedure allowing the test of the extraction fans and of the logical programs should be launched. It is possible to subdivide the tests into shorter time periods (weekly, for example) to minimise the overall testing period. Noise Measurements Noise measurements should be taken at the following locations: • at air intakes and ventilation equipment outlets in order to determine the condition
and aging of the silencers and the fans. • in the machinery rooms to verify protection of workers. Shelters and Bypass Ventilation Controls activated during these tests should conform to the regulation of the appropriate country. Fire Trials Fire trials have to be organised by fire procedure modifications or by exercises with rescue services. A timetable cannot be defined in the present document, since it has to be adapted to local conditions of the tunnel.
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9 L’AVENIR Bien que l’AIPCR, grâce à son Comité technique de l’Exploitation des tunnels routiers, ait déjà accompli un travail considérable dans le domaine de la maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers au cours des dix à quinze dernières années, il reste encore beaucoup à faire. Nous donnons ci-dessous une liste de propositions pour des travaux qui pourraient être accomplis dans le futur dans ce domaine : • examen de la façon dont le système de ventilateurs est régulé et dont les
équipements de contrôle fonctionnent au cours d’un incendie ; • évaluation des résultats d’essais effectués sur les risques de recirculation
des fumées aux têtes de tunnel ; • examen des problèmes et limitations des systèmes de ventilation
transversale (la vitesse de l’air doit-elle être contrôlée à l’aide d’un système actif ou passif, comment prendre en considération les actions fluctuantes telles que la pression atmosphérique, comment dimensionner un système efficace pour un tunnel relativement court…) ;
• étude de la mesure dans laquelle la remontée des fumées peut être tolérée par les usagers en fuite ;
• évaluation du mouvement des fumées et de l’effet de la ventilation ; • tour d’horizon de l’évolution des technologies dans le domaine de la
maîtrise des fumées (dimensionnement des systèmes de ventilation, barrières gonflables, systèmes d’aération hypoxiques, sprinklers, sprinklers - déluges et autres systèmes de lutte contre l’incendie) ;
• standardisation des essais d’incendie in situ pour tous les types de ventilation de tunnel pour faciliter la comparaison des résultats, y compris le développement de modes opératoires, de techniques et d’exigences standard minimales de mesure, aussi bien pour les exercices que pour les essais à caractère scientifique ;
• évaluation des possibilités de contrôle et de mesure de la vitesse et de la direction du courant d’air en tunnel au cours d’un incendie ;
• étude des exigences concernant la vitesse de confinement des fumées ; • mise au point d’une définition précise et claire d’un environnement
supportable pour les cas d’incendie ; • étude des dégagements de gaz toxiques, et réaction du système de
ventilation transversale ; • poursuite des études sur l’évolution des technologies concernant les
systèmes fixes de lutte contre l’incendie, y compris l’évaluation des essais récents ;
• poursuite des études sur les besoins de redondance des équipements de ventilation et de protection contre le feu ;
• évaluation de la disponibilité des services d’intervention d’urgence (pompiers, police, secours et ambulances) et de la façon d’améliorer la coordination et la communication entre les différents services ;
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9 THE FUTURE While PIARC, through its Technical Committee on Road Tunnel Operation, has accomplished much in the area of fire and smoke control in road tunnels over the past 10-15 years, there is still more to be done. The following is a list of proposals for potential future work relating to fire and smoke control in road tunnels: • documentation of how the fan system is regulated and how the control equipment
functions during a fire; • evaluation of test results conducted related to the potential of smoke short-
circuiting at the tunnel portals; • documentation of the issues and limitations associated with transverse ventilation
systems (i.e., should the air velocity be controlled with an active or a passive system, how does one take into account random influences like atmospheric pressure, how does one design an efficient system for a relatively short tunnel);
• consideration of how much backlayering of smoke can be tolerated by escaping motorists;
• evaluation of smoke movement and the effect of ventilation operation; • overview of evolving technologies in smoke control (i.e., ventilation system design,
inflatable barriers, hypoxic air systems, sprinklers, deluge and other suppression systems);
• standardisation of in-situ fire tests for all tunnel ventilation system types to permit easy comparison of results, including development of standard minimum measurement procedures, techniques and requirements for both training and scientific tests;
• evaluation of the ability to control and measure tunnel airflow velocity and direction during a fire;
• study of smoke confinement velocity requirements; • development of clear definition of tenable environment in case of fire;
• study of toxic gas release, and transverse ventilation system response;
• further study of the evolving technologies for fire suppression systems including
evaluation of recent tests conducted;
• further study of ventilation and fire protection equipment redundancy requirements;
• evaluation of emergency response availability (i.e., fire, police, rescue and ambulance) and how to improve coordination and communication among them;
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• poursuite des études des procédures d’évacuation, en particulier pour tenir compte de la présence d’usagers handicapés dans les tunnels routiers ;
• étude de différents exemples de plans d’intervention d’urgence ; • étude des tunnels « hors sol » (tunnels légers construits pour la lutte
contre le bruit, « Enceintes routières » selon RTC et « Ouvrages aériens » selon NFPA 502) vis à vis du risque incendie ;
• spécification des propriétés des matériaux vis à vis du feu, comme la combustibilité (cela pourrait être fait en collaboration avec l’AITES) ;
• examen des critères de résistance au feu des portes coupe-feu ; • étude des propriétés des marchandises dangereuses vis-à-vis des
explosions (concentrations, volumes, points d’inflammation, etc.). ; • définition des techniques d’évaluation des risques qui peuvent être
appliquées pour analyser un tunnel et parvenir à la meilleure solution dans le cadre des meilleures pratiques actuelles ;
• établissement de normes de sécurité en exploitation, à utiliser dans les méthodes d’évaluation des risques ;
• mise au point d’une définition claire des techniques de modélisation.
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• further study of evacuation procedures, specifically to include mobility-impaired occupants of road tunnels;
• study of various examples of operational emergency response plans; • study of above-ground tunnels (i.e., light tunnels that are built for noise isolation,
RTC-defined “Road Enclosures”, and NFPA 502-defined “Air-Right Structures”) with respect to fire emergencies;
• specification of materials fire properties such as combustibility (this would be in collaboration with ITA);
• review of criteria for fire resistance of fire-proof doors; • study of dangerous goods properties related to explosions (i.e., concentrations,
volumes, ignition points, etc.); • definition of risk assessment techniques that can be used to analyze a tunnel and
reach the best solution compared with current best practice;
• establishment of safety performance standards to use in risk assessment methods;
• development of clear definition of modeling techniques.
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10 RÉFÉRENCES
[1] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, « Rapport au XXème Congrès Mondial de la Route », Montréal, Canada, Septembre 1995 (réf. 20.05.B).
[2] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers », 1999 (réf. 05.05.B).
[3] OCDE/AIPCR, “Transport des marchandises dangereuses dans les tunnels routiers” (2001)
[4] RHODES, N., “Smoke Modelling”, Proceedings of the Seminar on Smoke and Critical Velocity in Tunnels, Independent Technical Conferences Ltd., 1996.
[5] KENNEDY, W.D., “Critical Velocity : Past, Present and Future”, Proceedings of the Seminar on Smoke and Critical Velocity in Tunnels, Independent Technical Conferences Ltd., 1996.
[6] HAACK, A., “Introduction to the Eureka – EU 499 Firetun Project”, Proceedings of the International Conference on Fires in Tunnels, Borås, Sweden, 1994.
[7] ORGANISATION DES NATIONS UNIES, COMMISSION ECONOMIQUE POUR L’EUROPE, “Recommandations du groupe d’experts sur la sécurité dans les tunnels routiers – Rapport final ”, Genève, Suisse, décembre 2001.
[8] EBERL, G., “The Tauern Tunnel Incident : What Happened and What Has To Be Learned”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[9] PUCHER, K., PINTER, R., “The Ventilation of the Tauern and the Kastchberg Tunnels”, Proceedings of the First International Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Canterbury, England, April 1973, pp. F2 25-36, British Hydromechanics Research Association (BHRA) Fluid Engineering, Cranfield, England, 1973.
[10] LACROIX, D., “The Mont Blanc Tunnel Fire : What Happened and What Has Been Learned”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[11] Österreichische Autobahnen und Schnellstrassen Aktiengesellschaft (ÖSAG), “Concept for the Refurbishment of the Tauern Tunnel : Development of Traffic Frequency and Toll Income” (in German), July 1999.
[12] PERUGINI, A., “Final Decision of the Preliminary Trial on the Events that Happened on the 24.10.2001 in the Road Tunnel Of San Gottardo” (Rapport Officiel d’enquêteen italien), Bellinzona, MInistère public du Canton du Tessin, Suisse, Juin 2002.
[13] NEUENSCHWANDER, M., “Gotthard Road Tunnel Fire : Dynamics, Repair and Impact on Road Tunnel Design”, Tunnelling 2002, Sydney, Australia, IBC Conference. 2002.
[14] FIT NETWORK, “Database 5 : Assessment Reports on Fire Accidents in Tunnels”, Website (http ://www.etnfit.net), 2002.
[15] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, « Tunnels routiers : émissions, ventilation, environnement”, 1995.
[16] Circulaire Interministérielle n° 2000-63 du 25 Août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du réseau routier national , Bulletin officiel du Ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement, France).
[17] DEMOUGE, F., Contribution à la modélisation numérique de la stratification des fumées dans le cas d’un incendie dans un tunnel routier, Thèse de l'Université Claude Bernard - Lyon, 2002.
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10 REFERENCES [1] PIARC COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, “Report to the XXth World Road Congress”,
Montreal, Canada, September 1995 (ref. 20.05.B). [2] PIARC COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, “Fire and Smoke Control in Road Tunnels”,
1999 (ref. 05.05.B). [3] OECD/PIARC, “Transport of dangerous goods through road tunnels” (2001) [4] RHODES, N., “Smoke Modelling”, Proceedings of the Seminar on Smoke and Critical
Velocity in Tunnels, Independent Technical Conferences Ltd., 1996. [5] KENNEDY, W.D., “Critical Velocity: Past, Present and Future”, Proceedings of the
Seminar on Smoke and Critical Velocity in Tunnels, Independent Technical Conferences Ltd., 1996.
[6] HAACK, A., “Introduction to the Eureka – EU 499 Firetun Project”, Proceedings of the International Conference on Fires in Tunnels, Borås, Sweden, 1994.
[7] UNITED NATIONS ECONOMIC COMMISSION FOR EUROPE, “Recommendation of the Group of Experts on Safety in Road Tunnels – Final Report”, Geneva, Switzerland, December 2001.
[8] EBERL, G., “The Tauern Tunnel Incident: What Happened and What Has To Be Learned”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[9] PUCHER, K., PINTER, R., “The Ventilation of the Tauern and the Kastchberg Tunnels”, Proceedings of the First International Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Canterbury, England, April 1973, pp. F2 25-36, British Hydromechanics Research Association (BHRA) Fluid Engineering, Cranfield, England, 1973.
[10] LACROIX, D., “The Mont Blanc Tunnel Fire: What Happened and What Has Been Learned”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[11] Österreichische Autobahnen und Schnellstrassen Aktiengesellschaft (ÖSAG), “Concept for the Refurbishment of the Tauern Tunnel: Development of Traffic Frequency and Toll Income” (in German), July 1999.
[12] PERUGINI, A., “Final Decision of the Preliminary Trial on the Events that Happened on the 24.10.2001 in the Road Tunnel Of San Gottardo” (Official Investigation Report in Italian), Bellinzona, Public Ministry of the Ticino Canton, Switzerland, June 2002.
[13] NEUENSCHWANDER, M., “Gotthard Road Tunnel Fire: Dynamics, Repair and Impact on Road Tunnel Design”, Tunnelling 2002, Sydney, Australia, IBC Conference. 2002.
[14] FIT NETWORK, “Database 5: Assessment Reports on Fire Accidents in Tunnels”, Website (http://www.etnfit.net), 2002.
[15] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, “Road Tunnels: Emissions, Ventilation, Environment”, 1995 (ref. 05.02.B).
[16] Circulaire Interministérielle n° 2000-63 du 25 août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du réseau routier national, Bulletin Officiel du Ministère de l´Equipement, des Transports et du Logement, France
[17] DEMOUGE, F., Contribution à la modélisation numérique de la stratification des fumées dans le cas d’un incendie dans un tunnel routier, Thèse de l'Université Claude Bernard - Lyon, 2002.
AIPCR . 236 . 05.16.B - 2006
[18] CASALÉ, E. AND BIOLLAY, H., “A Fully Controlled Ventilation Response in the Case of a Tunnel Fire – The Confinement Velocity”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[19] INCORPERA AND DEWITT, “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”, Wiley, 1996.
[20] AMUNDSEN, F.H. et al. “Report on Tunnel Accidents”, Norwegian Public Roads Administration, 2000.
[21] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, Rapport au XVIIème Congrès Mondial de la Route, Vienne, Autriche, Septembre 1979.
[22] “Effectiveness of Jet Fan Ventilation in Closed Parking Garages, Fire Tests and Simulation 2.0”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk, The Netherlands, November 1999.
[23] “Design of Underground Spaces : Influence of Spread of Smoke on the Location Choice of Emergency Exits”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk, The Netherlands, 25 February 2000.
[24] STEIJVERS, F. et al., “Common Aspects of Tunnel Using and Safety”, (in Dutch), Rijksuniversiteit, Groningen, The Netherlands, February, 2000.
[25] COMITE TECHNIQUE AIPCR DE L’EXPLOITATION DES TUNNELS ROUTIERS, Groupe de travail n°3, Comportement humain
[26] “Spread of Smoke in Underground Spaces : A Survey on Toxicity”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk The Netherlands, 29 February 2000.
[27] “Accessibility Handbook”, (en Néerlandais), Elsevier Doetinchem, The Netherlands, 2002.
[28] HAACK, A., “Actual Questions – Safety in Road Tunnels” (“Current Safety Issues in Tunnels”), Proceedings of the First International Conference on Traffic and Safety in Road Tunnels, Hamburg, Germany, May 2001.
[29] COMITE TECHNIQUE AIPCR DE L’EXPLOITATION DES TUNNELS ROUTIERS, GROUPE DE TRAVAIL N° 6, Enquête sur la détection et l’extinction automatiques des incendies dans les tunnels routiers, 2000
[30] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, Rapport au XVIIème
Congrès Mondial de la Route, Sydney, Australie, Octobre 1983. [31] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, Rapport au XVIIIème
Congrès Mondial de la Route, Bruxelles. Belgique, Septembre 1987 (réf. 18.05.B). [32] GERMAN MINISTRY OF TRANSPORT, “Guidelines for Equipment and Operation
of Road Tunnels”, (in German), Berlin, Germany, 2002. [33] AUSTRIAN RESEARCH ORGANIZATION FOR ROAD AND TRAFFIC (FSV),
“Austrian Guideline Code for the Planning, Construction and Maintenance of Roads, RVS 9.282, Operation and safety facilities (OASF) - Tunnel Equipment”, Vienna, Austria, 2002.
[34] Circulaire interministérielle n° 2000-63 du 25 août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du réseau routier national, Bulletin Officiel du Ministère de l´Equipement, des Transports et du Logement, France.
[35] NFPA 502 : Standard for Road Tunnels, Bridges and Other Limited Access Highways, National Fire Protection Association, USA, 2001.
[36] SWISS FEDERAL ROADS AUTHORITY, “Ventilation of Road Tunnels : Dimensioning and Operation”, April 2001.
[37] STEINAUER, B. AND MAYER, G., “Automated Incident Detection Using Video Analysis in Tunnels Under Operation””, Forschung und Praxis vol. 39 : Unterirdisches Bauen 2001, pages 217 – 222. (in German)
[38] NISHIMORI, S. AND HAGA, H., “Fire Detector for Tunnels (CO2 Resonance Flicker Type)”, Proceedings of the Second International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Granada, Spain, April 1995, pages 405 – 410.
PIARC . 237 . 05.16.B - 2006
[18] CASALÉ, E. AND BIOLLAY, H., “A Fully Controlled Ventilation Response in the Case of a Tunnel Fire – The Confinement Velocity”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, Spain, April 2001.
[19] INCORPERA AND DEWITT, “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”, Wiley, 1996. [20] AMUNDSEN, F.H. et al. “Report on Tunnel Accidents”, Norwegian Public Roads
Administration, 2000. [21] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, Report to the XVIth World
Road Congress, Vienna, Austria, September 1979. [22] “Effectiveness of Jet Fan Ventilation in Closed Parking Garages, Fire Tests and
Simulation 2.0”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk, The Netherlands, November 1999.
[23] “Design of Underground Spaces: Influence of Spread of Smoke on the Location Choice of Emergency Exits”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk, The Netherlands, 25 February 2000.
[24] STEIJVERS, F. et al., “Common Aspects of Tunnel Using and Safety”, (in Dutch), Rijksuniversiteit, Groningen, The Netherlands, February, 2000.
[25] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNEL OPERATION, Working Group 3, Human Behaviour
[26] “Spread of Smoke in Underground Spaces: A Survey on Toxicity”, (in Dutch), TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk The Netherlands, 29 February 2000.
[27] “Accessibility Handbook”, (in Dutch), Elsevier Doetinchem, The Netherlands, 2002. [28] HAACK, A., “Actual Questions – Safety in Road Tunnels” (“Current Safety Issues in
Tunnels”), Proceedings of the First International Conference on Traffic and Safety in Road Tunnels, Hamburg, Germany, May 2001.
[29] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNEL OPERATION, WORKING GROUP NO. 6, Survey on Fire Detection and Automatic Fire Suppression in Road Tunnels, 2000.
[30] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, Report to the XVIIth World Road Congress, Sydney, Australia, October 1983.
[31] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, Report to the XVIIIth World Road Congress, Brussels, Belgium, September 1987 (ref. 18.05.B).
[32] GERMAN MINISTRY OF TRANSPORT, “Guidelines for Equipment and Operation of Road Tunnels”, (in German), Berlin, Germany, 2002.
[33] AUSTRIAN RESEARCH ORGANIZATION FOR ROAD AND TRAFFIC (FSV), “Austrian Guideline Code for the Planning, Construction and Maintenance of Roads, RVS 9.282, Operation and safety facilities (OASF) - Tunnel Equipment”, Vienna, Austria, 2002.
[34] Circulaire interministérielle n° 2000-63 du 25 août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du réseau routier national, Bulletin Officiel du Ministère de l´Equipement, des Transports et du Logement, France
[35] NFPA 502: Standard for Road Tunnels, Bridges and Other Limited Access Highways, National Fire Protection Association, USA, 2001.
[36] SWISS FEDERAL ROADS AUTHORITY, “Ventilation of Road Tunnels: Dimensioning and Operation”, April 2001.
[37] STEINAUER, B. AND MAYER, G., “Automated Incident Detection Using Video Analysis in Tunnels Under Operation””, Forschung und Praxis vol. 39: Unterirdisches Bauen 2001, pages 217 – 222. (in German)
[38] NISHIMORI, S. AND HAGA, H., “Fire Detector for Tunnels (CO2 Resonance Flicker Type)”, Proceedings of the Second International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Granada, Spain, April 1995, pages 405 – 410.
AIPCR . 238 . 05.16.B - 2006
[39] EGGLETON, S. J., “The Suitability of Aspirating Smoke Detection for Tunnels and Urban Underground Spaces”, Tunnel Management International, June 2000, pages 29 – 32.
[40] COE, D. : “Tunnel Atmosphere Monitoring”, Tunnel Management International, December 2000 / January 2001, pages 9 – 15.
[41] MÄGERLE, R., “Detecting and Extinguishing Tunnel Fires in a Test”, (in German), S+S Report 2000, No 2, pages 36 – 41.
[42] AIPCR, Informations techniques fournies au Comité technique AIPCR de l’Exploitation des tunnels routiers par l’intermédiaire de son groupe de travail n°6 par différents fabricants d’équipements de détection d’incendie.
[43] HAMPSON, R., “Optical Fibre Intelligent Linear Heat Detection for Road and Rail Tunnels”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, April 2001, pages 297 – 304.
[44] MACIOCIA, S., “Early Fire Detection Technology for Tunnel Safety”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, April 2001, pages 305 – 312.
[45] SHIRAI, H. AND HIRAI, S., “New Fire Detector for Road Tunnel”, Proceedings of the Second International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Granada, Spain, April 1995, pages 497 – 503.
[46] STEINAUER, B. AND MAYER, G., “Incident Detection”, Proceedings of the First International Conference on Traffic and Safety in Road Tunnels, Hamburg, May 2001.
[47] VERSAVEL, J., “AID and Traffic Monitoring in Tunnels Using Video Detection”, Tunnel Management International, December 1999 / January 2000, pages 19 – 23
[48] HUIJBEN, J., “Tests on Fire Detection Systems and Sprinkler in a Tunnel”, Proceedings of the Fourth International Conference on Tunnel Fires, Basel, Switzerland, December 2002, pages 73 – 82.
[49] “Comparative Investigation of Conventional Systems for Incident and Fire Detection and New Digital Image Processing Systems to Determine the Suitability for Fast and Reliable Incident and Fire Detection in Road Tunnels”, (in German), joint research project of Studiengesellschaft für unterirdische Verkehrsanlagen e.V. (STUVA), Cologne and Institut für Straßenwesen of RWTH Aachen (isac) ; financed by the German Ministry of Transport.
[50] OTA, Y., “Japanese Standards and Guidelines for Road Tunnels”, Tunnel Management International, September 1999, pages 34 – 37.
[51] JONKER, J., “Sprinkler Systems in the Betuweroute Tunnels”, Tunnel Management International, December 2000/January 2001, pages 30 – 35.
[52] STROEKS, R., “Sprinklers in Japanese Road Tunnels”’ report of Chiyoda Engineering Consultants Co Ltd. Tokyo to Bouwdienst Rijkswaterstaat (RWS) / Ministry of Transport, The Netherlands, December 2001.
[53] ANONYMOUS, “High-Performance Fire Engine on Tank Chassis”, Magazin der Feuerwehr, July 2000, pages 448 – 451.
[54] UNION INTERNATIONALE DES TRANSPORTS PUBLICS (INTERNATIONAL ASSOCIATION OF PUBLIC TRANSPORT - UITP) ; ROLLING STOCK COMMITTEE : “Safety Systems for the prevention of fires - Conclusions, recommendations”, Report by Metro Madrid for the UITP meeting on September 26/27 2000 in Hamburg.
[55] MÜLLER, M., “Concepts for Fire-Fighting Equipment in Tunnels”, (in German) ; S+S Report 2000, No 6, pages 18 – 23.
[56] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, Rapport au XIXème
Congrès Mondial de la Route, Marrakech, Maroc, Septembre 1991 (réf. 19.05.B). [57] “Fire in road tunnels : Protection for civil engineering structures, electrical circuits
and equipment / Incendies dans les tunnels : Protection du génie civil, des circuits électriques et des équipements”, Routes/Roads, No. 275, III-1991, pages 55-68
PIARC . 239 . 05.16.B - 2006
[39] EGGLETON, S. J., “The Suitability of Aspirating Smoke Detection for Tunnels and Urban Underground Spaces”, Tunnel Management International, June 2000, pages 29 – 32.
[40] COE, D.: “Tunnel Atmosphere Monitoring”, Tunnel Management International, December 2000 / January 2001, pages 9 – 15.
[41] MÄGERLE, R., “Detecting and Extinguishing Tunnel Fires in a Test”, (in German), S+S Report 2000, No 2, pages 36 – 41.
[42] PIARC, Technical information provided to PIARC Technical Committee on Road Tunnel Operation through its Working Group 6 by various manufacturers of fire detection equipment.
[43] HAMPSON, R., “Optical Fibre Intelligent Linear Heat Detection for Road and Rail Tunnels”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, April 2001, pages 297 – 304.
[44] MACIOCIA, S., “Early Fire Detection Technology for Tunnel Safety”, Proceedings of the Fourth International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Madrid, April 2001, pages 305 – 312.
[45] SHIRAI, H. AND HIRAI, S., “New Fire Detector for Road Tunnel”, Proceedings of the Second International Conference on Safety in Road and Rail Tunnels, Granada, Spain, April 1995, pages 497 – 503.
[46] STEINAUER, B. AND MAYER, G., “Incident Detection”, Proceedings of the First International Conference on Traffic and Safety in Road Tunnels, Hamburg, May 2001.
[47] VERSAVEL, J., “AID and Traffic Monitoring in Tunnels Using Video Detection”, Tunnel Management International, December 1999 / January 2000, pages 19 – 23
[48] HUIJBEN, J., “Tests on Fire Detection Systems and Sprinkler in a Tunnel”, Proceedings of the Fourth International Conference on Tunnel Fires, Basel, Switzerland, December 2002, pages 73 – 82.
[49] “Comparative Investigation of Conventional Systems for Incident and Fire Detection and New Digital Image Processing Systems to Determine the Suitability for Fast and Reliable Incident and Fire Detection in Road Tunnels”, (in German); joint research project of Studiengesellschaft für unterirdische Verkehrsanlagen e.V. (STUVA), Cologne and Institut für Straßenwesen of RWTH Aachen (isac); financed by the German Ministry of Transport.
[50] OTA, Y., “Japanese Standards and Guidelines for Road Tunnels”, Tunnel Management International, September 1999, pages 34 – 37.
[51] JONKER, J., “Sprinkler Systems in the Betuweroute Tunnels”, Tunnel Management International, December 2000/January 2001, pages 30 – 35.
[52] STROEKS, R., “Sprinklers in Japanese Road Tunnels”’ report of Chiyoda Engineering Consultants Co Ltd. Tokyo to Bouwdienst Rijkswaterstaat (RWS) / Ministry of Transport, The Netherlands, December 2001.
[53] ANONYMOUS, “High-Performance Fire Engine on Tank Chassis”, Magazin der Feuerwehr, July 2000, pages 448 – 451.
[54] UNION INTERNATIONALE DES TRANSPORTS PUBLICS (INTERNATIONAL ASSOCIATION OF PUBLIC TRANSPORT- UITP); ROLLING STOCK COMMITTEE: “Safety Systems for the prevention of fires - Conclusions, recommendations”, Report by Metro Madrid for the UITP meeting on September 26-27, 2000 in Hamburg.
[55] MÜLLER, M., “Concepts for Fire-Fighting Equipment in Tunnels”, (in German); S+S Report 2000, No 6, pages 18 – 23.
[56] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNELS, Report to the XIXth World Road Congress, Marrakech, Morocco, September 1991 (ref. 19.05.B).
[57] “Fire in road tunnels: Protection for civil engineering structures, electrical circuits and equipment / Incendies dans les tunnels: Protection du génie civil, des circuits électriques et des équipements”, Routes/Roads, No. 275, III-1991, pages 55-68
AIPCR . 240 . 05.16.B - 2006
[58] AIPCR, Sécurité – Rapport général au XIXème Congrès Mondial de la Route, Marrakech, Maroc, Septembre 1991 [ref. 19.34].
[59] COMITE TECHNIQUE AIPCR DES TUNNELS ROUTIERS, « Manuel de bonne pratique sur l’exploitation et l’entretien des tunnels routiers », 2005 (ref. 05.13.B).
[60] ORGANISATION DES NATIONS UNIES, COMMISSION ECONOMIQUE POUR L’EUROPE, “Recommandations du groupe d’experts sur la sécurité dans les tunnels routiers – Rapport final ”, Genève, Suisse, décembre 2001.
[61] Casalé E., Houseaux B., Weatherill A., Guigas X., Marlier E., Brousse B. : Full scale fire tests performed in the Mont Blanc tunnel - Evaluation of the efficiency of the fully automatic ventilation responses, Fourth International Conference on Tunnel Fires and Escape From Tunnels, 2-4, December 2002, Basel, Switzerland.
[62] Lacroix D., Chassé P., Muller T. : Small scale study of smoke trap door systems, 8th International Conference on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, BHR Group, 6-8 July 1994, Liverpool, UK, page 409-438
[63] Norme EN 1366-2 :1999 [64] International Tunnelling Association - Association internationale des travaux en
souterrain (ITA-AITES) ; "Guidelines for structural fire resistance for road tunnels - Recommandations pour la résistance au feu des structures des tunnels routiers ", 2004
[65] ARVIDSON, M., “Fixed Fire Suppression System Concepts for Highway Tunnels”, Tunnel Management International, March 2000, pages 9 – 14.
PIARC . 241 . 05.16.B - 2006
[58] PIARC, Safety - General Report to the XIXth World Road Congress, Marrakech, Morocco, September 1991 [ref. 19.34].
[59] PIARC TECHNICAL COMMITTEE ON ROAD TUNNEL OPERATION, “Good Practice for Operation and Maintenance of Road Tunnels”, 2005 (ref. 05.13.B).
[60] UNITED NATIONS ECONOMIC COMMISSION FOR EUROPE, “Recommendations of the Multidisciplinary Group of Experts on Safety in Road Tunnels – Final Report”, Geneva, Switzerland, December 2001.
[61] Casalé E., Houseaux B., Weatherill A., Guigas X., Marlier E., Brousse B.: Full scale fire tests performed in the Mont Blanc tunnel - Evaluation of the efficiency of the fully automatic ventilation responses, Fourth International Conference on Tunnel Fires and Escape From Tunnels, 2-4, December 2002, Basel, Switzerland.
[62] Lacroix D., Chassé P., Muller T.: Small scale study of smoke trap door systems, 8th International Conference on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, BHR Group, 6-8 July 1994, Liverpool, UK, page 409-438
[63] Standard EN 1366-2:1999 [64] International Tunnelling Association - Association internationale des travaux en
souterrain (ITA-AITES); "Guidelines for structural fire resistance for road tunnels - Recommandations pour la résistance au feu des structures des tunnels routiers ", 2004
[65] ARVIDSON, M., “Fixed Fire Suppression System Concepts for Highway Tunnels”, Tunnel Management International, March 2000, pages 9 – 14.
AIPCR . 242 . 05.16.B - 2006
11 BIBLIOGRAPHIE Ce chapitre présente une liste de documents – livres, manuels, textes professionnels et articles – donnant des références supplémentaires pour les personnes intéressées. AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC. (ASHRAE), ASHRAE Handbook - Applications, Chapter 12, Atlanta, 2003. ARVIDSON, M., “Fixed Fire Suppression System Concepts for Highway Tunnels”, Tunnel Management International, March 2000. BEDEKE, “Windeffecten op in- en uitritten”, (in Dutch), BV Technical Management, February 1994. BICKEL, J.O., KUESEL, T.R., KING, E.H., Editors, “Tunnel Engineering Handbook - Second Edition”, Chapman & Hall, New York, 1996. CARVEL, R., BEARD, A, Editors, “Handbook of Tunnel Fire Safety”, Thomas Telford, London, 2004. COTE, A.E., Editor, “Fire Protection Handbook”, Section 14 - Chapter 7, National Fire Protection Association (NFPA), Quincy, MA, 2003. DE BRUIN & DE WOLF, “Aerodynamic Aspects and Power Efficiency of Longitudinally Ventilated Road Vehicle Tunnels”, (in Dutch), Nationaal Lucht-en Ruimtevaartlaboratorium, January 2001. EUREKA 499 PROJECT, “Fires in Transport Tunnels, Report on Full Scale Tests”, Edited by Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, April 1996. HAACK, A., “Current Safety Issues in Traffic Tunnels” - Proceedings of the International Tunnelling Association Conference, Elsevier Science, 2002. HUIJBEN, H., “Design Report : Tunnel Ventilation 2nd Benelux Tunnel”, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, 1998. HUIJBEN, H., “Windeffecten op tunnelportalen”, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, September 1998. HUIJBEN, H., RIGTER, B., Konzept für automatische Löschsysteme in Tunneln – Einsatz, Auslegung und Erfahrungen ; 4th DMT-Sommer Forum, Essen, July 2002.
PIARC . 243 . 05.16.B - 2006
11 BIBLIOGRAPHY This section includes a list of documents including books, handbooks, professional paper and articles which provide additional reading and reference material for the interested. AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC. (ASHRAE), ASHRAE Handbook - Applications, Chapter 12, Atlanta, 2003. ARVIDSON, M., “Fixed Fire Suppression System Concepts for Highway Tunnels”, Tunnel Management International, March 2000. BEDEKE, “Windeffecten op in- en uitritten”, (in Dutch), BV Technical Management, February 1994. BICKEL, J.O., KUESEL, T.R., KING, E.H., Editors, “Tunnel Engineering Handbook - Second Edition”, Chapman & Hall, New York, 1996. CARVEL, R., BEARD, A, Editors, “Handbook of Tunnel Fire Safety”, Thomas Telford, London, 2004. COTE, A.E., Editor, “Fire Protection Handbook”, Section 14 - Chapter 7, National Fire Protection Association (NFPA), Quincy, MA, 2003. DE BRUIN & DE WOLF, “Aerodynamic Aspects and Power Efficiency of Longitudinally Ventilated Road Vehicle Tunnels”, (in Dutch), Nationaal Lucht-en Ruimtevaartlaboratorium, January 2001. EUREKA 499 PROJECT, “Fires in Transport Tunnels, Report on Full Scale Tests”, Edited by Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, April 1996. HAACK, A., “Current Safety Issues in Traffic Tunnels” - Proceedings of the International Tunnelling Association Conference, Elsevier Science, 2002. HUIJBEN, H., “Design Report: Tunnel Ventilation 2nd Benelux Tunnel”, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, 1998. HUIJBEN, H., “Windeffecten op tunnelportalen”, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, September 1998. HUIJBEN, H., RIGTER, B., Konzept für automatische Löschsysteme in Tunnel – Einsatz, Auslegung und Erfahrungen; 4th DMT-Sommer Forum, Essen, July 2002.
AIPCR . 244 . 05.16.B - 2006
KENNEDY, W. D. / DUFFELL, T. J., “National Design Standards and Safety Guidelines”, Tunnel Management International, September 1999, pages 7 – 12. MAARSINGH, BAKKER, “Windtunnel onderzoek nar winddrukken op tunnelportalen, uitgaande van een model van de Wijkertunnel”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, February 1992. MAARSINGH, SWART, L., “Windtunnel Experiments on Wind Effects at Tunnel Portals”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, May 1991. MAARSINGH, VAN DER KAMP, “Aerodynamic Measurements in the Wijkertunnel”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, Oktober 1996. METROPOLITAN EXPRESSWAY PUBLIC CORPORATION, “The Bay-shore Route Expressway - Tunnel Disaster Prevention Systems”, Tokyo, Japan. Nodisk Vegteknisk Forbund, “Sikkerhetskonsept 2000”, rapport nr 11-2000. ØRESUNDSBRO KONSORTIET, “Operation manual for the Øresund-Tunnel”, Chapter 8, Copenhagen, 2000. PERSOON, DE BRUIN, “The Efficiency of Longitudinal Ventilation in Road Traffic Tunnels”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, January 2001. SWART, L., “Design Report : Tunnel Ventilation Schipholtunnel, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, 1999. SWEDISH PUBLIC ROADS ADMINISTRATION, Standards for Tunnel Safety, Sweden, 1995. UNITED STATES FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION (FHWA), “Prevention and Control of Highway Tunnel Fires”, Publication No. FHWA-RD-83-032, Washington, 1983. VARDY, A., “State of the Art on Safety in Rail Tunnels”, Proceedings of the Conference on Protection from Fire in Road and Rail Tunnels”, Rome, 1996.
PIARC . 245 . 05.16.B - 2006
KENNEDY, W. D. / DUFFELL, T. J., “National Design Standards and Safety Guidelines”, Tunnel Management International, September 1999, pages 7 – 12. MAARSINGH, BAKKER, “Windtunnel onderzoek nar winddrukken op tunnelportalen, uitgaande van een model van de Wijkertunnel”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, February 1992. MAARSINGH, SWART, L., “Windtunnel Experiments on Wind Effects at Tunnel Portals”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, May 1991. MAARSINGH, VAN DER KAMP, “Aerodynamic Measurements in the Wijkertunnel”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, Oktober 1996. METROPOLITAN EXPRESSWAY PUBLIC CORPORATION, “The Bay-shore Route Expressway - Tunnel Disaster Prevention Systems”, Tokyo, Japan. Nodisk Vegteknisk Forbund, “Sikkerhetskonsept 2000”, rapport nr 11-2000. ØRESUNDSBRO KONSORTIET, “Operation manual for the Øresund-Tunnel”, Chapter 8, Copenhagen, 2000. PERSOON, DE BRUIN, “The Efficiency of Longitudinal Ventilation in Road Traffic Tunnels”, (in Dutch), Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, January 2001. SWART, L., “Design Report: Tunnel Ventilation Schipholtunnel, (in Dutch), Bouwdienst Rijkswaterstaat, 1999. SWEDISH PUBLIC ROADS ADMINISTRATION, Standards for Tunnel Safety, Sweden, 1995. UNITED STATES FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION (FHWA), “Prevention and Control of Highway Tunnel Fires”, Publication No. FHWA-RD-83-032, Washington, 1983. VARDY, A., “State of the Art on Safety in Rail Tunnels”, Proceedings of the Conference on Protection from Fire in Road and Rail Tunnels”, Rome, 1996.
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12 ANNEXES
12.1 Statistiques norvégiennes d’incidents et d’accidents Les études sur la sécurité du trafic effectuées dans les tunnels routiers norvégiens montrent que les tunnels sont aussi sûrs que les autoroutes à double chaussée. Elle est malgré cela souvent remise en question. Les accidents qui se produisent dans les tunnels routiers, en particulier ceux impliquant des blessés graves, attirent particulièrement l’attention. A l’entrée d’un tunnel, nombreux sont les usagers qui se sentent mal à l’aise et anxieux et craignent sans doute pour leur sécurité personnelle. Le comportement du conducteur est donc un facteur important dans la conception des tunnels routiers et la révision des directives de conception des tunnels. Les causes des accidents en tunnel sont intéressantes et leur analyse peut être utile dans le choix des mesures de prévention. Il est important également de savoir quels effets les conditions météorologiques et routières, les volumes de circulation et les longueurs de tunnel peuvent avoir sur les types d’accident et leur localisation par rapport à l’entrée, à la zone de transition et à la sortie du tunnel. Des études récentes ont montré que les résultats suivants : • les accidents impliquant un seul véhicule constituent environ 52 % de
l’ensemble des accidents, • les collisions frontales constituent environ 20 % de l’ensemble des
accidents, • les collisions par l’arrière constituent environ 13 % de l’ensemble des
accidents. Les accidents par l’arrière se produisent le plus souvent dans des tunnels larges, avec des volumes de circulation importants, alors que les collisions frontales sont plus courantes dans les tunnels étroits. Les tunnels à deux voies (avec une largeur de chaussée de 6 à 7 m) présentent le plus grand nombre d’accidents lors du dépassement. Les taux d’accident (Ar) ont été estimés sur la base de la longueur et du trafic moyen journalier annuel (TMJA) (en accidents annuels avec blessés par million de véhicules-kilomètres) : • Section d’étude totale (étendue à 100 m après le tunnel) Ar = 0,52 • Zones de transition (50 m de chaque côté des deux têtes) Ar = 0,86 • Zone médiane (longueur restante du tunnel) Ar = 0,17
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12 APPENDICES
12.1 Norwegian Incident and Accident Statistics Traffic safety studies that have been conducted on Norwegian road tunnels show the tunnels to be as safe as two carriageway motorways. In spite of this, safety in road tunnels is often questioned. Road tunnel accidents, particularly those involving serious personal injury, draw a great deal of attention. As they enter a tunnel portal, many motorists are uneasy and apprehensive and perhaps concerned with their personal safety. Therefore, driver behaviour is an important factor in the design of road tunnels and the revision of tunnel design guidelines. The causes of tunnel accidents are of interest and could perhaps be useful in the selection of accident prevention measures. It is also important to learn what effects weather and road conditions, traffic volumes and tunnel lengths could have on accident types and accident locations relative to tunnel entrance, transition and exit zones. Recent studies revealed the following results: • Single vehicle accidents constitute about 52% of total accidents
• Head-on collisions constitute about 20% of total accidents
• Rear-end collisions constitute about 13% of total accidents
Rear-end accidents occur most frequently in wide tunnels with high traffic volumes, while front collisions are more common in narrow tunnels. Two-lane tunnels (with carriageway widths of 6 m to 7 m) have the largest number of passing accidents. Accident rates (Ar) were estimated based on length and average annual daily traffic (AADT) (in annual person injury accidents per million vehicle-kilometers): • The entire study section (extending 100 m beyond tunnel) Ar = 0.52 • Transition zones (50 m on both sides of both tunnel portals) Ar = 0.86 • Mid-zone (remaining tunnel length) Ar = 0.17
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Le taux d’accident dans les zones de transition est cinq fois supérieur à celui de la zone médiane. Un certain nombre d’études internationales documentées montrent des résultats similaires. Les données sur les accidents et leur localisation ont été divisées en quatre catégories : • Zone 1 premiers 50 m à l’extérieur des têtes Ar = 0,30 • Zone 2 premiers 50 m à l’intérieur du tunnel Ar = 0,23 • Zone 3 100 m suivants à l’intérieur du tunnel Ar = 0,16 • Zone 4 zone médiane (section restante du tunnel) Ar = 0,10 Le taux d’accidents dans la zone 1 est trois fois supérieur à celui de la zone 4, et celui de la zone 3 pratiquement la moitié de celui de la zone 1. Cela indique que la zone de transition se prolonge en réalité de 75 à 100 m à l’intérieur des tunnels. On constate une nette diminution du taux d’accident au fur et à mesure que l’on avance dans le tunnel depuis l’extérieur jusque dans la partie médiane. Dans les tunnels unidirectionnels à deux voies, le pourcentage d’accidents entre des véhicules se déplaçant dans le même sens domine et représente 62 % du nombre total d’accidents. L’autre groupe important dans ce type de tunnel est celui des accidents impliquant un seul véhicule, qui constitue 23 % du total. Dans les tunnels bidirectionnels, les accidents entre des véhicules se déplaçant dans le même sens et ceux avec un seul véhicule constituent respectivement 33 % et 34 %. Les accidents frontaux constituent 21 %. Pour les deux types de tunnels, la proportion des accidents entre véhicules se déplaçant dans le même sens augmente avec le volume de circulation. Avec un trafic bidirectionnel, le pourcentage passe de 16 % pour un trafic inférieur à 2 000 TMJA à 50 % pour un trafic dépassant 5 000 TMJA, alors qu’avec un trafic unidirectionnel ce pourcentage passe de 48 % pour un trafic inférieur à 30 000 TMJA à 79 % pour un trafic dépassant 50 000 TMJA. Les taux d’accidents diminuent avec une longueur croissante de tunnel. Ce qui est normal, puisque les taux d’accident en zone d’entrée sont supérieurs à ceux des zones médianes. Les résultats des études montrent que les taux d’accident sont plus élevés dans les tunnels ayant un TMJA inférieur à 1 000. Mais ces tunnels sont aussi ceux, selon toute vraisemblance, qui sont construits selon des normes minimales. En Norvège, les tunnels étroits ont un taux d’accident supérieur aux tunnels plus larges. Comme il existe une relation étroite entre la largeur du tunnel et les normes de dimensionnement, on peut difficilement déterminer quel est le facteur le plus important. Quoi qu’il en soit, cela permet de supposer raisonnablement que la largeur du tunnel affecte le taux d’accident. La différence entre les tunnels à deux voies et les tunnels à voies multiples est négligeable.
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The accident rate in the transition zones is five times that of the accident rate in the mid-zone. A number of documented international studies show similar findings. Data on accidents and location were grouped into the following four categories: • Zone 1 the first 50 m outside the tunnel portals Ar = 0.30 • Zone 2 the first 50 m inside the tunnel Ar = 0.23 • Zone 3 the next 100 m inside the tunnel Ar = 0.16 • Zone 4 the mid-zone (remaining tunnel section) Ar = 0.10 The accident rate in Zone 1 is three times higher than that of Zone 4, and the accident rate in Zone 3 is nearly half of that of Zone 1. This is an indication that the transition zone actually extends from 75 to 100 m into the tunnels. There is a clear decline in the accident rate when proceeding into the tunnels from the outside to the inner part. For one-way, two-lane tunnels, the percentage of accidents between vehicles moving in the same direction predominates and represents 62% of the total number of accidents. The other major group in this type of tunnel is single-vehicle accidents that make up 23% of the total. For tunnels with two-way traffic, accidents between vehicles moving in the same direction and single vehicle accidents constitute 33% and 34%, respectively, of the total number of accidents. Frontal accidents constitute 21%. For both tunnel types, the proportion of accidents between vehicles moving in the same direction increases with traffic volume. With two-way traffic, the percentage increases from 16% for traffic below 2,000 AADT to 50% for traffic exceeding 5,000 AADT, while with one-way traffic the percentage increases from 48% for traffic below 30,000 AADT to 79% for traffic exceeding 50,000 AADT. Accident rates decline with increasing tunnel length. This is to be expected, as entrance zone accident rates are higher than those for mid-zones. Study results show that accident rates are highest in tunnels with an AADT below 1,000. However, these tunnels are also most likely to be built to the lowest standards. In Norway, narrow tunnels have a higher accident rate than wider ones. Since there is a close relationship between tunnel width and design standards, it is unclear which is the most important factor. Anyway, there is good reason to assume that tunnel widths will affect accident rates. The difference between two-lane and multi-lane tunnels is negligible.
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On constate de façon typique une concentration des accidents à l’extérieur des têtes de tunnel sur les routes à circulation unidirectionnelle. Les collisions par l’arrière dominent dans ce cas, souvent liées au volume élevé de circulation, et renforcées parfois par l’éblouissement dû au soleil et la position trop rapprochée des panneaux de circulation. Actuellement, 25 % environ de l’ensemble des accidents étudiés se situent dans les 50 premiers mètres, 25 % environ dans les 100 m suivants, et les 50 % restants dans la zone médiane. D’une façon générale, les accidents sont un peu plus graves dans les tunnels que sur le réseau routier national dans son ensemble. Cela est le cas plus particulièrement pour la zone médiane du tunnel et peut résulter du taux plus élevé d’accidents frontaux, qui sont plus graves. Les accidents impliquant plusieurs véhicules se déplaçant dans le même sens (par l’arrière et changement de voie) sont sur-représentés dans les tunnels routiers. C’est particulièrement vrai pour les tunnels unidirectionnels à deux voies. Les tunnels bidirectionnels à un seul tube présentent plus d’accidents frontaux ou impliquant un seul véhicule que le réseau routier national, dans l’ensemble. Les taux d’accident diminuent de façon notable avec une longueur croissante de tunnel, des chaussées plus larges et des volumes de circulation plus élevés. Cela est probablement dû au fait que les accidents dans la zone d’entrée dominent dans les tunnels courts. Les tunnels à fort volume de circulation sont normalement construits selon des normes supérieures de dimensionnement et d’équipement.
12.2 La rénovation du tunnel du Mont-Blanc
12.2.1 Introduction Le tunnel du Mont Blanc était pourvu auparavant d’un système de ventilation semi-transversal réparti sur huit cantons d’injection d’air frais. L’extraction des fumées (et de l’air vicié) se faisait par des bouches situées tous les 300 m. Ces bouches étaient reliées à deux conduites : l’une sur le versant français et l’autre sur le versant italien. Le 24 mars 1999, un incendie catastrophique s’est produit dans le tunnel du Mont-Blanc, provoquant la mort de 39 personnes, ainsi que des dommages considérables sur l’ouvrage. Le tunnel a été rénové avant d’être de nouveau ouvert au trafic. Le système de ventilation constituait une partie importante des travaux de réhabilitation, le système d’origine ayant été trouvé inadapté, tant en capacité qu’en possibilités opérationnelles en cas d’incendie majeur.
PIARC . 251 . 05.16.B - 2006
There is typically a concentration of accidents outside tunnel openings on roads with one-way traffic. In such cases rear-end collisions predominate, often related to high traffic volumes and sometimes exacerbated by blinding sunlight and closely located traffic signs. At present, about 25% of all tunnel accidents studied took place in the first 50 m, about 25% in the next 100 m and the remaining 50% in the mid-zone. In general, accident severity is somewhat higher in tunnels than on the national road network. This is especially the case for the tunnel mid-zone. This might be the result of the higher accident rate of the more severe, head-on accidents. Multi-vehicle accidents with vehicles moving in the same direction (rear-end and lane change) are overrepresented in road tunnels. This is especially true for one-way, dual-tube tunnels. Two-way, single tube tunnels have more head-on and single vehicle accidents than the national road network, as a whole. Accident rates decline noticeably with increasing tunnel lengths, wider roadways and higher traffic volumes. This is probably related to the fact that entrance zone accidents predominate in shorter tunnels. High traffic volume tunnels will normally be built to higher design and equipment standards.
12.2 The Mont Blanc Tunnel Renovation
12.2.1 Introduction The former Mont Blanc tunnel ventilation system was a semi-transverse system including eight fresh air injection sections. Extraction of smoke (and polluted air) was performed through open vents located every 300 m. These vents were connected to two ducts: one on the French side and one on the Italian side. On March 24, 1999, a catastrophic fire in the Mont Blanc Tunnel caused the death of 39 people, as well as very significant structural damage. The tunnel was renovated before it was reopened to traffic. The ventilation system comprised a significant portion of the rehabilitation design work, since the original system was found to be inadequate in capacity and operational ability during a major fire.
AIPCR . 252 . 05.16.B - 2006
12.2.2 Rénovation Les études de rénovation ont été fondées sur les recommandations officielles des Italiens et des Français. Les recommandations de l’AIPCR [2] ont été prises comme référence tierce, puisqu’elles décrivaient de façon claire les principes de sécurité. Après rénovation, le tunnel du Mont Blanc reste un tunnel bidirectionnel. La principale conséquence en est qu’il y aura des usagers sur les deux côtés d’un incendie si celui-ci se déclare. Dans ce cas, l’AIPCR recommande de préserver les conditions favorables à une stratification des fumées chaudes. Le Comité international de sécurité du Mont-Blanc recommande également de maîtriser l’extension longitudinale de ces fumées chaudes. Ainsi, en cas d’incendie, le principe consiste à concentrer la capacité d’extraction sur l’incendie et à maîtriser la vitesse longitudinale de l’air dans la zone du foyer. Les résultats pratiques sont les suivants : • convergence de l’air frais vers le foyer d’incendie en raison de l’extraction, • stratification des fumées chaudes en raison de la vitesse zéro de l’air.
12.2.3 Dimensionnement Les recommandations officielles incluaient la mise en place de bouches d’extraction pour que la nouvelle distance entre les bouches soit ramenée à 100 m. Les bouches sont équipées à présent de registres motorisés télécommandés. Le débit d’extraction a été dimensionné pour empêcher toute couche de fumée stratifiée de s’étendre au-delà des dernières bouches ouvertes. Une étude récente a montré que cela peut être réalisé en créant une vitesse de l’air longitudinale contraire suffisante [18]. Le calcul du taux d’extraction est alors extrêmement facile. L’accroissement nécessaire de la capacité d’extraction a été réalisé en enlevant la cloison centrale des anciennes conduites d’air vicié et en installant quatre ventilateurs intermédiaires dans la nouvelle conduite. Cette solution était conforme à la recommandation AIPCR concernant l’étanchéité des conduites d’air vicié [2]. L’objectif d’une vitesse de l’air égale à zéro restait encore sujet à caution. Le 24 mars 1999, les conditions de l’incendie ont montré à quel point la ventilation naturelle avait son importance dans le tunnel du Mont-Blanc. Des mesures de pression atmosphérique effectuées précédemment avaient montré que la différence entre les têtes pouvaient atteindre 500 Pa dans les deux sens. Par conséquent, la seule possibilité d’arriver à une vitesse de l’air égale à zéro était d’installer des accélérateurs réversibles à l’intérieur du tunnel.
PIARC . 253 . 05.16.B - 2006
12.2.2 Renovation The renovation studies were based on the official recommendations from the Italians and French. The PIARC recommendations [2] were taken as a third reference since they clearly describe the safety principles. Post-renovation, the Mont Blanc Tunnel remains a bi-directional tunnel. The main consequence of this is that people will be on both sides of a fire if one should occur. In this case, PIARC recommends preserving the conditions of hot smoke stratification. The Mont Blanc International Safety Committee also recommends controlling the longitudinal extension of hot smoke. Thus, in case of a fire, the principle is to focus the extraction capacity on the fire and to control the longitudinal velocity in the fire area. The practical results are: • A convergence of fresh air toward the fire as a consequence of the extraction • The stratification of hot smoke as a consequence of zero velocity.
12.2.3 Dimensioning The official recommendations included the construction of additional extraction vents so that the new distance between vents was reduced to 100 m. The vents are now equipped with motorised remote-controlled dampers. The extraction flow rate was designed to prevent the stratified smoke layer from extending beyond the extreme open extraction vents. Recent research shows that this condition can be fulfilled by creating sufficient adverse longitudinal velocity [18]. The calculation of the extraction rate is therefore quite easy. The necessary increase in installed extraction capacity was achieved by removing the central separation of the former extraction ducts and installing four intermediate fans within the new duct. This solution was found to be in agreement with the PIARC recommendation for air tightness of extraction ducts [2]. However, the issue of zero longitudinal velocity still needed to be addressed. The March 24, 1999 fire conditions illustrated the significance of natural ventilation of the Mont Blanc Tunnel. Former atmospheric pressure measurements showed that the difference between the portals may have exceeded 500 Pa in any direction. As a consequence, the only possibility for achieving zero longitudinal velocity was to install reversible jet fans inside the tunnel.
AIPCR . 254 . 05.16.B - 2006
12.2.4 Fonctionnement automatique Les sociétés du tunnel, avec l’appui du Comité de sécurité, ont accepté de mettre au point et d’implanter un système de ventilation automatique pouvant répondre aux deux objectifs mentionnés dans le chapitre 12.2.2. Les phases principales sont les suivantes : • Phase 1 : pré-alarme. L’opérateur est informé de l’apparition d’un feu
dans le tunnel, mais il n’en connaît pas la localisation précise. Certaines modifications d’exploitation sont activées automatiquement (diminution de l’apport d’air frais, mise en route des ventilateurs d’air vicié, arrêt des accélérateurs). Ces modes ont pour but d’éviter une dé-stratification des fumées et de préparer le bon fonctionnement des procédures suivantes ;
• Phase 2 : alarme. L’opérateur a localisé l’incendie et « clique » sur l’emplacement de l’incendie sur le tableau synoptique. Des modes complémentaires d’exploitation sont activés (les registres des six bouches les plus proches du foyer sont ouverts, la capacité d’extraction est augmentée à 100 %). Les accélérateurs sont mis en route conformément à une boucle de régulation : − la vitesse de l’air est mesurée par des anémomètres situés loin du
foyer (hors fumées), − la vitesse de l’air au niveau du foyer est calculée en fonction de ces
mesures et des régimes de ventilation, − le nombre d’accélérateurs nécessaires pour réduire la vitesse de l’air
sur le foyer est calculé et les accélérateurs appropriés mis en route ; • Le système « attend » qu’un temps déterminé se soit écoulé pour ré-
initier la boucle.
12.2.5 Essais d’incendie en grandeur réelle A la demande du Comité de sécurité, des essais d’incendie en grandeur réelle impliquant des puissances thermiques importantes (8,4 MW, incendie d’essence) ont été effectués le 30 janvier 2002. Une première série de petits incendies calibrés (1,4 MW, incendie d’essence) a d’abord été réalisée pour vérifier l’efficacité du contrôle automatique. Les résultats présentés proviennent d’une simulation CFD de l’incendie de 1,4 MW. Ils sont conformes aux observations effectuées pendant l’essai de référence. Les phases en sont les suivantes : • t = 120 s : la vitesse longitudinale est égale à 4 m/s au début de
l’incendie. Le contrôle automatique est mis en route et la vitesse diminue rapidement jusqu’à 2 m/s (t = 120 s). Les fumées ne sont pas stratifiées et sont entraînées en aval du foyer par le flux d’air longitudinal.
• t = 240 s : la vitesse longitudinale sur le foyer est égale à 0 m/s. Le but de la régulation de la vitesse est atteint. La fumée est ramenée vers le foyer par le taux d’extraction (flèches). L’effet de poinçonnement de l’extraction est visible. La remontée des fumées s’opère lentement ;
PIARC . 255 . 05.16.B - 2006
12.2.4 Automatic Operation The tunnel companies, supported by the Safety Committee, accepted the development and the implementation of an automatic ventilation system aimed at reaching the two objectives mentioned in Section 12.2.2. The main phases are as follows: • Phase 1: Pre-alert. The operator is informed that a fire has occurred in the tunnel,
but does not know the exact location. Some operational changes are automatically implemented (i.e., reduction of fresh air supply, activation of extraction fans, deactivation of jet fans). These modes are aimed at preventing smoke de-stratification as well as preparing the effectiveness of the following procedures;
• Phase 2: Alert. The operator has located the fire and “clicks” on the fire location on the tunnel synoptic. Some complementary operating modes are activated (i.e., the dampers of the six vents closest to the fire are opened, the extraction capacity is increased to 100%). The jet fans are operated according to a regulation loop: − The measurement of air velocity by anemometers located away from the fire
(free of smoke) − The calculation of air velocity at the fire according to the measurements and
the ventilation levels − The calculation of the number of jet fans required to reduce the velocity at the
fire and the activation of the appropriate jet fans; • The system “waits” for a fixed time before the loop is reinitiated.
12.2.5 Full-Scale Fire Tests At the request of the Safety Committee, full-scale fire tests involving significant heat release rates (8.4 MW, gasoline fire) were performed on January 30, 2002. A preliminary set of small, calibrated fires (1.4 MW, gasoline fire) was first performed in order to check the effectiveness of the automatic control. The test results presented are from a CFD simulation of the 1.4 MW fire. They are in agreement with the observations made during the reference test. The phases are described below: • t = 120 s: The longitudinal velocity is equal to 4 m/s at the beginning of the fire.
The automatic control is activated and the velocity decreases quite rapidly to 2 m/s (t = 120 s). The smoke is not stratified and is transported downstream of the fire by the longitudinal flow;
• t = 240 s: The longitudinal velocity at the fire is equal to 0 m/s. The velocity regulation target is achieved. The smoke is drawn back to the fire area by the extraction rate (arrows). The punching effect of the extraction is visible. The backlayering develops slowly;
AIPCR . 256 . 05.16.B - 2006
• t = 360 s : la remontée des fumées est stoppée sur la première bouche d’air vicié ouverte et ne peut plus progresser (« vitesse de confinement »). En aval du foyer, la vitesse est négative et l’air frais se déplace vers les bouches d’extraction. La stratification s’opère dans cette zone ;
• t = 480 s à 720 s : le mécanisme de la stratification progresse vers l’incendie. A t = 720 s, l’état final stable est atteint.
Figure 12.2.1 - Evolution du champ d’opacité au cours d’un essai en grandeur réelle dans le
tunnel du Mont Blanc [61]
Ces essais ont montré en outre qu’il faudrait deux à quatre fois plus de temps pour obtenir la même vitesse de contrôle avec la même procédure si elle était appliquée manuellement par un opérateur.
PIARC . 257 . 05.16.B - 2006
• t = 360 s: The backlayering is stopped at the first open extraction vent and cannot progress anymore (“confinement velocity”). Downstream of the fire, the velocity is negative and the fresh air moves toward the extraction vents. The stratification develops is this area;
• t = 480 s to 720 s: The mechanism of the stratification progresses to the fire. At t = 720 s, the final steady-state is reached.
Figure 12.2.1 - Evolution of the opacity field during a full-scale fire test in the Mont Blanc Tunnel [61]
Additionally, these tests have shown that it would take two to four times the amount of time to reach the same velocity control with the same procedure being applied manually by a trained operator
AIPCR . 258 . 05.16.B - 2006
12.3 Dimensionnement des installations de ventilation longitudinale
12.3.1 Introduction Les références 2 et 15 donnent la formule de base du dimensionnement des systèmes avec accélérateurs. Nous la redonnons ici pour illustrer les influences dont il sera question dans cette Annexe. La référence 2 donne des informations qualitatives sur les influences météorologiques et l’impact d’un incendie sur le courant d’air le long d’un tunnel. Les informations quantitatives sont disponibles à présent. La référence 2 donne également des recommandations sur la disposition des ventilateurs le long du tunnel. Des informations supplémentaires sur l’optimisation de la disposition des ventilateurs sont maintenant disponibles.
12.3.2 Equations Equation d’équilibre pour les différences de pression On trouvera dans la référence 15 une équation pour l’équilibre des différences de pression :
MTtuvehjj ppppn Δ+Δ+Δ=Δ⋅ avec : nj = nombre d’accélérateurs Δpj = augmentation de charge par un seul accélérateur Δpveh = perte de charge due au trafic stationnaire dans le tunnel Δptu = perte de charge due aux pertes d’entrée et de sortie et à la friction sur
les parois ΔpMT = perte (ou augmentation) de charge en raison des influences
météorologiques Pour ΔpMT la référence 15 ne donne aucun chiffre. Il faut inclure dans ΔpMT les effets du vent et les différences de pression barométriques, plus particulièrement en zone montagneuse. On sait maintenant qu’en plus de ces différences de pression, il existe des pressions thermostatiques (effet de cheminée) et l’on sait aussi que l’incendie lui-même provoque une perte de charge. On doit donc les ajouter à l’équation de la façon suivante :
thfireMTtuvehjj ppppppn Δ+Δ+Δ+Δ+Δ=Δ⋅ avec : Δpfire = perte de charge due à l’incendie Δpth = perte (ou augmentation) de charge en raison des effets thermostatiques
PIARC . 259 . 05.16.B - 2006
12.3 Jet Fan Calculation Procedure
12.3.1 Introduction In references 2 and 15 basic formulae are presented for designing jet fan systems. They are repeated here to illustrate the type of influences discussed in this appendix. In reference 2 qualitative information is given about meteorological influences and the effect of fire on the airflow though the tunnel. Quantitative information is currently now available. In reference 2 recommendations are given for fan distribution along the tunnel. Additional information on optimising fan distribution is currently now available.
12.3.2 Equations Balance Equation for Pressure Differences In reference 15 an equation for the balance of pressure differences is given:
MTtuvehjj ppppn Δ+Δ+Δ=Δ⋅ with: nj = number of jet fans Δpj = pressure rise by one jet fan Δpveh = pressure drop caused by stationary traffic in the tunnel Δptu = pressure drop from entrance and exit losses and wall friction
ΔpMT = pressure drop (or rise) because of meteorological influences
For ΔpMT no figures are given in reference 15. In ΔpMT wind effects and barometric pressure differences should be included, especially in mountainous areas. It is now recognized that in addition to these pressure differences, there are thermostatic pressures (chimney effect) and the fire itself causes a pressure drop. These should be added into the equation as follows:
thfireMTtuvehjj ppppppn Δ+Δ+Δ+Δ+Δ=Δ⋅ with: Δpfire = pressure drop caused by the fire Δpth = pressure drop (or rise) caused by thermostatic effects
AIPCR . 260 . 05.16.B - 2006
Equation de poussée des accélérateurs La référence 15 donne la poussée des accélérateurs comme suit :
)( *321 uuQApF jjTjj −⋅⋅⋅⋅⋅=⋅Δ= ρηηη
avec : Fj = poussée par un seul accélérateur Δpj = augmentation de charge par un seul accélérateur η1 = performance ou efficacité des accélérateurs η2 = friction des parois (efficacité de l’installation) η3 = influence entre accélérateurs (efficacité de l’ensemble du système) ρ = densité du milieu s’écoulant au travers de l’accélérateur (air ou fumée) Qj = courant d’air au travers de l’accélérateur uj = vitesse à la sortie du ventilateur u* = vitesse de l’air du tunnel (ou vitesse de la fumée) AT = section transversale du tunnel Prise en considération des influences Les influences dépendant du lieu où se produit l’incendie dans le tunnel, les calculs doivent être faits pour plusieurs positions du foyer : • si le foyer se situe près de l’entrée du tunnel, les véhicules n’ont pas
d’influence significative ; • si le foyer se situe près de la sortie du tunnel, on ne doit prendre en
compte pratiquement aucune influence en aval du foyer ; • les effets de cheminée peuvent être positifs sur les rampes ascendantes
et négatifs sur les rampes descendantes ; • dans les tunnels courts, les effets du vent et les influences
météorologiques sont importants, alors que dans les tunnels de grande longueur, c’est la friction sur les parois qui joue un rôle plus important.
Influence de l’incendie sur le système d’accélérateurs Un incendie donne lieu à des fumées à haute température. Cela a une influence aussi bien sur l’efficacité des accélérateurs que sur les pertes de charge en tunnel, plus particulièrement : • la poussée d’un accélérateur décroît au fur et à mesure que la
température de l’air augmente – les accélérateurs peuvent même s’arrêter à cause des températures élevées ;
• les fumées chaudes sortant du tunnel ont une vitesse supérieure à celle de l’air frais entrant dans ce tunnel, et les pertes de charge associées sont plus importantes.
Si le tunnel présente une déclivité, il se produit un effet de cheminée : une inclinaison positive vers l’aval du foyer favorise le système d’accélérateurs, et une inclinaison négative travaille contre ces accélérateurs. Pour dimensionner un système d’accélérateurs, il est nécessaire d’évaluer l’évolution de la température en aval du foyer.
PIARC . 261 . 05.16.B - 2006
Jet Fan Thrust Equation In reference 15 the jet fan thrust is given as:
)( *321 uuQApF jjTjj −⋅⋅⋅⋅⋅=⋅Δ= ρηηη
with: Fj = jet fan thrust of one jet fan Δpj = pressure rise by one jet fan η1 = jet fan performance or efficiency η2 = wall friction (installation efficiency) η3 = influence between jet fans (efficiency of the total system) ρ = density of the medium streaming through the jet fan (air or smoke) Qj = airflow through the jet fan uj = fan outflow velocity u* = tunnel air velocity (or smoke velocity) AT = cross section of the tunnel Consideration of Influences Because the influences depend on the fire site within the tunnel, calculations should be made for several fire positions: • if the fire is near the entrance of the tunnel, the vehicles will have no significant
influence; • if the fire is near the tunnel exit, almost no influences downstream of the fire have
to be taken into account; • chimney effects can be positive on rising gradients and negative on falling
gradients; • in shorter tunnels the effects of wind and meteorological influences are important,
whereas in longer tunnels the wall friction plays a more important role. The Influence of Fire on a Jet Fan System A fire causes smoke with high temperatures. This influences both the efficiency of the jet fans and the pressure losses in the tunnel, specifically: • the thrust of a jet fan decreases as the air temperature increases – jet fans may
even fail because of high temperatures;
• hot smoke leaving the tunnel will have a higher velocity than the fresh air entering the tunnel, and the associated pressure losses will be higher.
If a tunnel has a slope, then chimney effects will occur: a positive inclination downstream of the fire is in favour of the jet fan system, and a negative inclination works against the jet fans. In order to design a jet fan system, it is necessary to estimate the evolution of the temperature downstream the fire.
AIPCR . 262 . 05.16.B - 2006
Température en aval du foyer Pour déterminer les températures en aval, il faut connaître : la localisation et la puissance thermique de l’incendie, la température et la vitesse du courant d’air en amont. La température de l’air en aval du foyer dépend des échanges thermiques entre l’incendie, les parois du tunnel et l’air. Comme ces échanges ne sont pas encore totalement connus, en particulier à proximité immédiate du foyer, on a généralement recours à une analyse tri-dimensionnelle (3D) plus précise. Mais on peut aussi effectuer une analyse uni-dimensionnelle, telle qu’elle est proposée ci-dessous : La puissance thermique de l’incendie est dispersée par : • le rayonnement direct sur les parois du tunnel près de l’incendie, • le transfert thermique direct au courant d’air dans le tunnel. On peut estimer que le transfert thermique aux parois près du foyer, par rayonnement direct, correspond globalement à un tiers de la puissance thermique totale Q, la partie restante s’évacuant dans la fumée. La température moyenne de l’air/fumée dans la section transversale immédiatement en aval du foyer est déterminée selon l’équation suivante :
0*00
32
TuAc
QT
Tp
+⋅⋅⋅
⋅=ρ
avec ρ0, T0 et u0* basés sur les conditions en amont du foyer. En aval du foyer, la chaleur transportée par le courant air/fumée est transmise aux parois du tunnel, à la fois par convection et par rayonnement de la fumée. • Flux thermique convectif ∅conv Le flux thermique échangé par convection entre l’air/fumée et les parois du tunnel sur une section de longueur l s’exprime comme suit :
)( wallconv
conv TThcPq
−⋅=⋅
=Φl
avec : q conv = flux thermique spécifique de convection P = périmètre de la section transversale du tunnel l = longueur de la section considérée
PIARC . 263 . 05.16.B - 2006
Temperature Downstream of the Fire The downstream temperatures can be determined if the following is known: the location and heat release rate of the fire, the upstream airflow temperature and velocity. The air temperature downstream of the fire depends on the thermal exchanges between the fire, the tunnel walls and the air. Since these exchanges are still not completely understood, especially those closest to the fire, a more accurate, three-dimensional (3D) analysis is usually required. However, it is possible to conduct a one-dimensional argument, which is proposed below. The thermal release rate of the fire is dispersed by: • direct radiation on the tunnel walls near the fire, and • direct thermal transfer to the airflow in the tunnel. It can be estimated that the heat transfer to the walls near the fire by direct radiation globally corresponds to one-third of the total fire heat release rate Q, with the remainder going into the smoke. The average temperature of air/smoke in the cross section immediately downstream of the fire is determined by the following equation:
0*00
32
TuAc
QT
Tp
+⋅⋅⋅
⋅=ρ
with ρ0, T0 and u0* based on the conditions upstream of the fire. Downstream of the fire, the heat transported by the air/smoke flow is transferred to the tunnel walls both by convection and by smoke radiation. • Convective Heat Flux ∅conv The heat flux exchanged by convection between air/smoke and the tunnel walls on a section of length l is expressed as follows:
)( wallconv
conv TThcPq
−⋅=⋅
=Φl
where: q conv = specific convective heat flux P = perimeter of the tunnel cross section l = length of considered section
AIPCR . 264 . 05.16.B - 2006
Parmi la documentation disponible pour exprimer le coefficient d’échange par convection hc, nous retiendrons la proposition suivante de Petukhov [19]
8)1(Pr7.1207.1
*8
3/2 λ
ρλ
−+
⋅⋅⋅=
uchc
p
qui présente l’avantage de prendre en compte non seulement les propriétés thermo-physiques de l’air s’écoulant dans le tunnel et sa vitesse, mais aussi les conditions de rugosité des parois via le coefficient de perte de charge λ. En première approximation, on peut négliger la variation du coefficient cp et du nombre de Prandtl Pr selon la température de l’air. • Flux thermique radiatif En ce qui concerne le transfert de chaleur par rayonnement aux parois, en assimilant la fumée à un corps noir et en considérant que la fumée remplit totalement la section du tunnel, le flux de chaleur transmis est donné par l’expression suivante :
)(.
440 wall
radrad TTF
lPq
−⋅⋅⋅==Φ σε
avec : ε = émissivité de la paroi σ0 = constante de Stefan Boltzmann (5.68 x 10-8 W/m2 K4) P = périmètre de la section transversale du tunnel l = longueur de la section considérée F = coefficient de forme entre la fumée et les parois, supposé être F=1 La température en aval de l’incendie dépend de l’émissivité des parois ε. Cette émissivité dépend de la nature du revêtement du tunnel, qui peut être composé de plusieurs matériaux différents. Comme point de départ de ε on peut choisir ε = 0.7. L’équation pour qrad peut alors être ré-écrite comme suit :
)( 0TTPhrqrad −⋅⋅⋅= l avec :
))(( 20
200 TTTThr ++⋅⋅= σε
Ce dernier coefficient dépend des températures de l’air chaud et des parois. Le calcul de la température requiert donc une solution itérative des équations de l’équilibre thermique.
PIARC . 265 . 05.16.B - 2006
Among the literature available for expressing the convective exchange factor hc, we will retain the following proposition of Petukhov [19].
8)1(Pr7.1207.1
*8
3/2 λ
ρλ
−+
⋅⋅⋅=
uchc
p
which shows the advantage of considering not only the thermo-physical properties of the air flowing inside the tunnel and its velocity, but also the roughness condition of the walls via the wall friction factor λ. As a first approximation, the variations of the factor cp and the Prandtl number Pr with the air temperature can be neglected. • Radiative Heat Flux Concerning the radiating transfer of heat to the walls, by assimilating smoke to a black body and considering that smoke fills up the whole tunnel section, the heat flux transmitted is given by the following expression:
)(.
440 wall
radrad TTF
lPq
−⋅⋅⋅==Φ σε
with: ε = wall emissivity σ0 = Stefan Boltzmann constant (5.68 x 10-8 W/m2 K4) P = perimeter of the tunnel cross section l = length of considered section F = shape factor between smoke and walls, assumed to be F=1 The temperature downstream of the fire depends on the wall emissivity ε. This wall emissivity depends on the kind of tunnel lining, which can be composed of several different materials. As a starting point ε can be chosen as ε = 0.7. The equation for qrad can be rewritten as:
)( 0TTPhrqrad −⋅⋅⋅= l with:
))(( 20
200 TTTThr ++⋅⋅= σε
This latter factor depends on the temperatures of the hot air and the wall. Calculating the temperature, therefore, requires an iterative solution of the equations of the heat balance.
AIPCR . 266 . 05.16.B - 2006
En prenant en compte la variation du flux thermique le long d’un élément de tunnel de longueur Δl, la diminution correspondante de température en aval du foyer est la suivante :
*00
)()(./
uAcTThrhcP
xTTp
wall
⋅⋅⋅−+
−=ρ
δδ
avec x tout au long du tunnel et x = 0 sur le site du foyer. On peut considérer, dans une première étape, que Twall ≈ T0 . Cependant, après le départ du feu, les parois du tunnel se réchauffent progressivement et le transfert thermique par convection et rayonnement diminue. Ce phénomène est rapide dans le cas d’un incendie important. Effet de la température sur les pertes de charge L’effet de la température de l’air sur les pertes de charge en tunnel est exprimé par un accroissement linéaire de ces pertes avec la vitesse du courant d’air (en négligeant la viscosité cinématique de l’air). La pression dynamique de l’air est égale à :
TT
AuMavecuAMu ⋅⋅=⋅=
••
ρρ 212
21
Le débit massique M est considéré comme constant dans le cas d’un calcul permanent. • Perte de charge due à un trafic stationnaire dans le tunnel (Δpveh) On suppose normalement que seul le trafic en amont de l’incendie est arrêté si bien que la perte de charge Δpveh n’est pas influencée par la température. L’influence de la température sur Δpveh n’est calculée que si on suppose la présence de trafic en aval du foyer. • Perte de charge due aux paramètres physiques du tunnel (Δptu) La perte de charge Δptu peut s’écrire Δptu = Δpentrance + Δpwalls + Δpexit A l’entrée, l’air frais pénètre dans le tunnel et s’écoule en direction de l’incendie. Ce n’est que dans la dernière partie, en aval du foyer, que le frottement des parois et les pertes de charge de sortie augmentent. Conformément à la référence 15 et en prenant en compte l’influence de l’augmentation de la température sur la densité et la vitesse, les pertes de charge par frottement pariétal d’une section de longueur élémentaire l en aval du foyer peuvent s’écrire de la façon suivante :
)(0
2002
1, T
TuD
pH
downstreamwall ⋅⋅⋅⋅⋅=Δ ρλ l
PIARC . 267 . 05.16.B - 2006
Taking into account the heat flux variation along a tunnel element of length Δl, the corresponding temperature decrease downstream of the fire is as follows:
*00
)()(./
uAcTThrhcP
xTTp
wall
⋅⋅⋅−+
−=ρ
δδ
with x being along the length of the tunnel and x = 0 at the fire site. It can be considered, as a first step, that Twall ≈ T0 . However, after the fire starts, the tunnel walls will heat progressively and the thermal transfer by convection and radiation will be reduced. This will happen quickly in the case of a large fire. Effect of Temperature on Pressure Drops The effect of air temperature on the tunnel pressure losses is expressed by a linear increase of these losses with the airflow velocity (neglecting the kinematic viscosity of air). The air dynamic pressure equals:
TT
AuMwithuAM
u ⋅⋅=⋅=•
•
ρρ 212
21
The mass flow rate M is considered as constant in case of a steady-state calculation. • Pressure drop caused by stationary traffic in the tunnel (Δpveh) Normally it is assumed that only traffic upstream of a fire is blocked, and there is no temperature influence on the pressure drop Δpveh. Only if traffic is assumed to be present downstream of the fire should this influence be calculated. • Pressure drop due to physical tunnel parameters (Δptu) The pressure drop Δptu can be written as Δptu = Δpentrance + Δpwalls + Δpexit At the entrance, fresh air enters the tunnel and flows toward the fire. Only in the latter part, downstream of the fire, will the wall friction and the exit pressure loss be increased. In accordance with reference 15 and taking in account the influence of the temperature rise on density and velocity, the pressure loss of wall friction of an elementary section of length l downstream of the fire can be written as:
)(0
2002
1, T
TuD
pH
downstreamwall ⋅⋅⋅⋅⋅=Δ ρλ l
AIPCR . 268 . 05.16.B - 2006
La température T est supposée être constante tout au long de la longueur l . Conformément à la référence 2, la perte de charge à la sortie du tunnel peut s’écrire comme suit :
)(0
2002
1
TTupexit ⋅⋅⋅=Δ ρ
• Perte de charge due à l’incendie (Δpfire) En raison de la puissance thermique de l’incendie, qui provoque de la turbulence et une accélération du courant air/fumée, l’incendie est à l’origine d’une perte de charge. Le meilleur moyen de déterminer cette perte de charge est d’utiliser un modèle numérique. Les calculs ont indiqué que la perte de charge Δpfire peut varier de 10 Pa - 20 Pa pour un incendie de 30 MW à 40 Pa - 100 Pa pour un incendie de 200 MW. Mais on constate une influence de la vitesse du courant d’air dans le tunnel et de la section transversale. • Perte ou augmentation de charge du fait des effets de cheminée (Δpth) L’effet de cheminée pour un élément de tunnel de longueur l peut s’écrire comme suit :
( ) l⋅⋅⋅−−=Δ dgP chimneyth ρρ 0, avec d le gradient de la rampe (+ si ascendant, – si descendant) Effets de la température sur les accélérateurs Si l’on connaît les conditions de fonctionnement de chaque ventilateur, on peut déterminer la puissance totale de propulsion exercée sur l’air du tunnel. Un incendie peut affecter les accélérateurs de deux façons : (1) Plus la température des fumées est élevée, plus leur densité des
fumées est faible, avec pour conséquence une faible poussée de l’accélérateur.
(2) Les accélérateurs en aval du foyer peuvent tomber en panne en raison des fumées chaudes.
• Influence de la température des fumées Du fait de l’augmentation de la température, la densité du mélange air-fumées diminue et, dans le même temps, la vitesse de ce mélange u*
augmente. Ces deux effets ralentissent la poussée de l’accélérateur, comme le montre la formule de poussée.
PIARC . 269 . 05.16.B - 2006
The temperature T is assumed to be constant along the length l . In accordance with reference 2, the pressure drop at the tunnel exit can be written as:
)(0
2002
1
TTupexit ⋅⋅⋅=Δ ρ
• Pressure drop caused by the fire (Δpfire) Due to the thermal release rate of the fire, causing turbulence and an acceleration of the air/smoke flow, the fire causes a pressure drop. The best way to determine this pressure loss is to use a numerical model. Calculations have indicated that the pressure loss Δpfire can range from 10 Pa - 20 Pa for a 30 MW fire to 40 Pa - 100 Pa for a 200 MW fire. However, there will be an influence of tunnel airflow velocity and cross section. • Pressure drop or rise caused by chimney effects (Δpth) The chimney effect for a tunnel element of length l can be written as:
( ) l⋅⋅⋅−−=Δ dgP chimneyth ρρ0, where d is the gradient of the slope (+ if upgrade, – if downgrade) Effects of Temperature on Jet Fans Knowing the operating conditions of each jet fan group in the tunnel allows the determination of the total propelling power exerted to the tunnel air. The jet fans are affected by a fire in two ways: (1) The high temperatures of the smoke the density of the smoke is low, causing a
low jet fan thrust
(2) Because of the hot smoke jet fans downstream the fire may fail.
• Influence of Smoke Temperature Due to a temperature rise the density of the air-smoke mixture will decrease and, at the same time, the velocity of the air-smoke mixture u* in the tunnel will increase. Both effects will lower the jet fan thrust as can be seen in the formula for jet fan thrust.
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Un exemple : Si la poussée de l’accélérateur est de 500 N et la vitesse de sortie de 35 m/s dans des conditions de 20°C, ce qui donne une vitesse de l’air dans le tunnel de 5 m/s, le même accélérateur dans un tunnel à 400°C fournira une poussée qui peut être calculée comme suit :
La densité sera ρ = (273+20)/(273+400) · 1.2 kg/m3 = 0,74 kg/m3. En raison de la densité plus faible, u* sera 1/0,74 · 5 m/s = 6,75 m/s La vitesse de sortie de l’accélérateur uj est encore d’environ 35 m/s lorsque l’appareil est pourvu d’un moteur à cage d’écureuil La poussée Fj est alors 58 % de la poussée d’origine.
Il est évident que l’augmentation de la température en aval du foyer doit être calculée en fonction du positionnement des accélérateurs dans le tunnel. Un élément qui peut porter à confusion est que les fumées chaudes se refroidissent sur les parois et le plafond du tunnel. Il en résulte que la densité augmente et donc que la poussée de l’accélérateur augmente. Cela signifie que la poussée effective de l’accélérateur dépend de l’emplacement de l’appareil, de l’emplacement du foyer à l’intérieur du tunnel et des effets de refroidissement des parois sur les fumées. Ceci implique que l’on doit calculer le travail de l’ensemble du système d’accélérateurs pour plusieurs positions du foyer d’incendie à l’intérieur du tunnel pour être sûr que ce système est fiable. • Pannes de ventilateurs dues aux fumées chaudes ou à l’incendie Les accélérateurs sont construits pour résister à des températures élevées. Mais les fumées peuvent présenter des températures très supérieures à celles auxquelles les ventilateurs sont censés résister. Les températures auxquelles les accélérateurs doivent résister sont normalement 250°C et 400°C. Ce qui implique que, si un incendie se produit juste au-dessous d’un accélérateur, celui-ci tombe en panne. Pour s’assurer que le réseau d’accélérateurs présente une fiabilité suffisante, les calculs doivent inclure la panne des appareils pour plusieurs positions de l’incendie de dimensionnement à l’intérieur du tunnel. • Combinaison faible efficacité et panne des accélérateurs La figure 12.3.1 illustre cette situation. Les accélérateurs 2 et 3 tombent en panne en raison de la température élevée, l’accélérateur 4 ne tombe pas en panne, mais sa poussée est très inférieure à celle de l’accélérateur 1 en raison de la densité plus faible.
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An example: If the jet fan thrust is 500 N and the output velocity is 35 m/s under 20°C conditions, causing a velocity in the tunnel of 5 m/s, the same jet fan installed in a tunnel at 400°C will deliver a thrust which can be calculated as follows:
The density will be ρ = (273+20)/(273+400) · 1.2 kg/m3 = 0.74 kg/m3. Because of the lower density u* will be 1/0.74 · 5 m/s = 6.75 m/s The jet fan output velocity uj is still about 35 m/s when the motor is a squirrel-cage motor. The jet fan thrust Fj will be then 58% of the original thrust.
It is clear that the temperature rise downstream of the fire should be calculated in relation to the position of the jet fans in the tunnel. A confusing element is that the hot smoke will be cooled by the walls and ceiling of the tunnel. As a result the density will increase and therefore the jet fan thrust increases. This means the real jet fan thrust depends on the location of the jet fan, the location of the fire in the tunnel and the cooling effects of walls on the smoke. This implies that the working of the total jet fan system has to be calculated for several positions of a fire in the tunnel to be assured of designing a reliable jet fan system. • Failure of Fans Due to Hot Smoke or Fire Jet fans can be made resistant to high temperatures. However, smoke temperatures can be much higher than the temperatures that jet fans can be made to resist. Normally used resistance temperatures for jet fans are 250°C and 400°C. This implies that if a fire occurs just under a jet fan this jet fan will fail. Also jet fans in the zone with temperatures higher than the resistance temperature will fail. To be sure of a sufficient reliability of the jet fan system the calculations including the failure of jet fans should be made for several positions of the design fire in the tunnel. • Combination of Low Efficiency and Failure of Jet Fans Figure 12.3.1 illustrates the situation. Jet Fans 2 and 3 will fail because of high temperatures, Jet Fan 4 will not fail, but has a much lower thrust than Jet Fan 1 because of the lower density.
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Figure 12.3.1 - Effets de la température sur la fiabilité et l’efficacité des accélérateurs /
Effects of temperature on jet fan reliability and efficiency Il est évident qu’il serait bon de positionner les accélérateurs aussi près que possible de l’entrée du tunnel ou à grande distance les uns des autres, longitudinalement. Le risque d’une panne du fait de l’incendie ou des fumées chaudes est alors aussi faible que possible. Et, dans le même temps, les accélérateurs fonctionnent dans une zone de température basse et de densité normale2. Cela n’est malheureusement possible que si le nombre d’accélérateurs à installer est restreint. La figure 12.3.2 donne quelques exemples d’accélérateurs installés à la tête du tunnel. • Poussée d’un accélérateur dans les gaz chauds Conformément à la formule mentionnée précédemment pour la poussée d’un accélérateur, cette poussée au milieu de gaz chauds peut s’écrire de la manière suivante :
)( 00
0321 uuTT
QApF jjTjj −⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅Δ= ρηηη
2 Aux Pays-Bas, pratiquement tous les tunnels construits depuis 1970 sont pourvus d’une
ventilation longitudinale par accélérateurs. Cela semble tout à fait raisonnable, compte tenu du fait que tous ces tunnels sont unidirectionnels, avec des longueurs comprises entre 600 et 900 m. Depuis 1996, des accélérateurs ont été positionnés à la tête d’entrée ou aussi près que possible de l’entrée du tunnel.
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Figure 12.3.2 - Accélérateurs installés aux têtes / Jet fans located in portals It is clear that it would be wise to position the jet fans as closely as possible to the entrance of the tunnel or with a large longitudinal spacing. The chance of failure of jet fans by fire or hot smoke is then as low as possible. And at the same time the jet fans will work well in a region with low temperatures with normal density. The efficiency will be as high as possible.2 Unfortunately, this position is only available for a small number of all the jet fans to be installed. Some examples of jet fans located in the tunnel portal are shown in Figure 12.3.2. • Jet Fan Thrust in Hot Gases In accordance to the earlier mentioned formula for the jet fan thrust the thrust in hot gases can be written as:
)( 00
0321 uuTT
QApF jjTjj −⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅Δ= ρηηη
2 In the Netherlands, almost all tunnels built since 1970 have jet fan-driven longitudinal ventilation systems.
This is quite reasonable because all of these tunnels are unidirectional and lengths of 600-900 m. Since 1996, jet fans are positioned in the entrance portal or as near as possible to the tunnel entrance.
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On peut supposer que le volume passant dans le ventilateur Qj et les rendements η ne sont pas affectés par l’augmentation de température. De la même façon, uj n’est pas affecté par la température : la réduction de poussée due à la température résulte de l’influence de la densité et de la vitesse de l’air du tunnel. Influences météorologiques (vent) La différence de pression entre les têtes (différence de pression barométrique et/ou effet du vent extérieur) doit être déterminée pour le pourcentage de temps au-delà duquel il est acceptable d’avoir une vitesse réduite du courant d’air en direction du foyer (95 % du temps par exemple). Influence du vent sur les têtes L’importance de l’influence du vent dépend largement du niveau auquel la tête du tunnel se trouve : une tête située au-dessus du niveau du sol capte davantage de vent qu’une tête située au-dessous du sol. D’autres facteurs importants sont les dimensions de la façade de la tête, sa forme, l’inclinaison des parois ou des talus le long de la route et la présence de murs anti-bruit le long de la route, de bâtiments et d’arbres autour des entrées. La pression du vent est souvent calculée à l’aide de la formule suivante : pwind = ½. ξwind . ρ . uw
2
avec : ρ = densité de l’air uw = vitesse du vent ξwind = coefficient représentant les conditions telles que décrites ci-dessus. Dans la situation où la vitesse du vent uw et la vitesse de l’air du tunnel ut sont du même ordre de grandeur, il existe une influence mutuelle entre le vent et l’air entrant dans le tunnel et s’en écoulant. Pour tenir compte de cette influence mutuelle, la pression du vent s’exprime comme suit : pwind = ½ . ξwind . ρ . uw
2 + ½. ξwind&tunnel . ρ . uw . ut où : ξwind et ξwind&tunnel dépendent largement de la forme et des dimensions des têtes. Comme il est difficile de déterminer une valeur pour uw au niveau de la tête, prenant en compte toutes les conditions environnantes, il est recommandé de choisir une valeur de 10 m au-dessus du sol. Les vitesses du vent sont mesurées de façon courante à cette hauteur et peuvent être déterminées pour plusieurs directions et fréquences en un point particulier.
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It can be assumed that the volume flow through the fan Qj and the efficiencies η will not be affected by the temperature rise. Likewise, uj is not affected by temperature: the thrust reduction with temperature is due to the influence of the density and the tunnel air velocity. Meteorological Influences (Wind) The pressure difference between the tunnel portals (difference of barometric pressure and/or effect of the outside wind) must be determined for the percentage of time beyond which it is acceptable to have a reduced airflow velocity upward of the fire (95% of the time for example). Wind Influences on Portals The magnitude of the wind influence depends largely on the level of the portal: a portal above ground level catches more wind than a portal under ground level. Other important factors are the dimensions of the portal facade, the shape of the facade, slope of the walls or verges along the road and the presence of sound attenuating screens along the road, buildings and trees around the portals. Wind pressure is very often calculated by the formula: pwind = ½ . ξwind . ρ . uw
2
with: ρ = density of the air uw = wind speed ξwind = a factor representing the circumstances as mentioned above In the situation when wind speed uw and tunnel air speed ut are in the same range there is a mutual influence between the wind and the air flowing in and out the tunnel. To incorporate the mutual influence the wind pressure should be written as: pwind = ½ . ξwind . ρ. uw
2 + ½ . ξwind&tunnel . ρ . uw . ut with: ξwind and ξwind&tunnel depending largely on the shape and dimensions of the portals. Because it is difficult to establish a value for uw on portal level taking in account all the surrounding circumstances it is recommended to take a value 10 meters above ground level. Wind speeds are commonly measured at this height and can be established for several directions and frequencies at a particular place.
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La valeur de ξwind et ξwind&tunnel peut être mesurée sur des modèles. Les graphes de la figure 12.3.3 donnent une approximation des valeurs pour trois types de têtes, sur la base d’un tunnel à deux tubes et deux voies par tube. Les graphes ne sont valables que pour un flux dans le sens de circulation. Dans ces graphes, γ est l’angle entre la direction du vent et l’orientation de l’entrée par rapport à la tête de sortie. La valeur de ξwind est donnée pour le graphe selon ut/uw = 0, en d’autres termes lorsque ut = 0 m/s. La valeur de ξwind&tunnel peut être trouvée en calculant le taux ut/uw. Pour des valeurs de taux comprises entre 0 et 1, les coefficients sont trouvés par interpolation. Pour des taux supérieurs à 1, on peut prendre les valeurs de ut/uw = 1 : si le taux est supérieur à 1, l’influence du vent est faible et l’erreur de calcul insignifiante. Ces graphes sont utilisables en première approximation. Pour des calculs détaillés, il est nécessaire de recourir à des essais spécifiques sur modèles. On recommande d’utiliser les données météorologiques de vent disponibles ; sinon il est recommandé d’effectuer des mesures sur le site. Pertes de charge dues à un blocage du trafic La référence 2 donne une formule pour l’effet de pistonnement ou de tirage par voie de circulation, mais qui est valable pour le trafic s’écoulant le long du tunnel. En cas d’incendie, l’hypothèse est que les véhicules s’accumulent derrière le foyer et continuent à entrer dans le tunnel jusqu’à ce que la queue atteigne l’entrée du tube ou jusqu’à l’arrêt donné par l’opérateur. On considère que les véhicules en aval du foyer quittent le tunnel par la tête de sortie sans difficulté. Le nombre de véhicules bloqués en amont de l’incendie est donc égal à la somme des véhicules se trouvant déjà dans le tunnel lorsque l’incendie démarre et du nombre de véhicules pénétrant dans le tunnel avant que le trafic soit arrêté ou jusqu’à ce que le tube soit rempli. Quoi qu’il en soit, le nombre total est limité par la capacité d’accumulation de la section de tunnel en amont de l’incendie.
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The value of ξwind and ξwind&tunnel can be measured in scale models. An approximation of the values is given in the graphs in Figure 12.3.3 for three main types of tunnel portals, based on a double tube tunnel with 2 lanes per tube. The graphs are only valid for a tunnel flow in the traffic direction. In these graphs γ is the angle between the wind direction and the orientation of the entrance versus exit portal. The value of ξwind can be found for the graph according to ut/uw = 0, in other words when ut = 0 m/s. The value of ξwind&tunnel can be found by calculating the ratio ut/uw. For ratio values between 0 and 1 the coefficients can be found by interpolation. For ratios larger than 1 the values for ut/uw = 1 can be used: if the ratio is larger than 1 the wind influence is small and the calculation error is insignificant. These graphs may be used for a first approximation. For detailed calculations specific model tests must be done. It is recommended to use available meteorological wind data; if this is not available it is recommended that site measurements be made. Pressure Losses Because of Blocked Traffic In reference 2, a formula is given for the piston or drag effect per lane. However, this formulae fits for moving traffic along the total tunnel length. In case of fire the hypothesis is that vehicles gather behind the fire and go on entering the tunnel until the queue reaches the tube entrance or until the operator stops the traffic. It is considered that the vehicles downstream of the fire will proceed to the tunnel exit portal without difficulty. This means the number of vehicles blocked upstream of the fire equals the sum of the number of vehicles already in the tunnel when the fire starts and the number of vehicles still entering the tunnel before traffic is stopped or until the upstream part of the tube is filled up. Anyway the total number is limited to the accumulation capacity of the tunnel part located upstream of the fire.
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Figure 12.3.3 - Influence approximative du vent sur diverses configurations de tête
Conformément à la référence 15 la formule de la perte de charge provoquée par les véhicules bloqués peut s’écrire de la façon suivante :
221)(
tT
vehwveh u
AAc
nP ⋅⋅⋅=Δ ρ avec n = nombre de véhicules bloqués
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Figure 12.3.3 - Approximation of wind influence on various portal configurations
In accordance with reference 15 the formula for the pressure loss caused by blocked vehicles can be written as:
221)(
tT
vehwveh u
AAc
nP ⋅⋅⋅=Δ ρ with n = number of blocked vehicles
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Remarques : Par mesure de précaution, il est bon de prendre en compte le volume de circulation correspondant aux heures de pointe Dans certains pays, des mesures de précaution ont conduit à mettre en place une signalisation recommandant une certaine distance entre les véhicules (par exemple, 100 m) à l’intérieur du tunnel. Il est impossible, plus particulièrement en zone urbaine, d’espérer que les usagers se conformeront à cette mesure en cas d’accident ou d’incendie. Aucune leçon ne peut encore être tirée de cette expérience, mais il paraît sensé d’espérer que le taux d’occupation des voies sera alors notablement inférieur à la capacité normale (170 uvp/h) sauf en zone urbaine. En outre, une distance plus courte serait compensée par l’effet de sillage des véhicules. Dans le cas d’un tunnel interurbain, la valeur doit être évaluée cas par cas (par exemple 50 véh/km de voie). On ne prend pas en compte le cas d’une congestion du trafic empêchant les véhicules de s’échapper du tunnel en aval de l’incendie, car on doit éviter toute poussée des fumées en direction des usagers bloqués. Il n’existe cependant aucune difficulté à prendre en considération la résistance des véhicules bloqués en amont, si bien que la ventilation peut repousser les fumées vers l’aval après évacuation des usagers. Efficacité d’installation des accélérateurs En plus des informations données dans la référence 15, l’efficacité d’installation des accélérateurs implantés dans la tête d’entrée ou juste devant est supérieure à l’efficacité de ces mêmes ventilateurs implantés dans le tunnel. Les mesures réalisées aussi bien sur modèles que dans la réalité ont donné des efficacités proches de 100 %. Lorsque les accélérateurs sont placés à faible hauteur au-dessus de l’espace de circulation, en combinaison avec un jet dirigé vers l’aval, les camions de grande hauteur peuvent bloquer leur jet. Dans le cas où les accélérateurs sont montés longitudinalement, un par un, c’est souvent la poussée de seulement un ou deux accélérateurs qui se trouvera perturbée. Ce qui ne causera pas une diminution importante de la poussée totale. Si les accélérateurs sont montés par groupes le long du tunnel, il ne faut pas s’attendre à ce que tous les ventilateurs à l’intérieur du même groupe soient moins efficaces. Le risque d’un camion stationnant sur chaque voie, dans la même position, juste dans le trajet de la propulsion d’un accélérateur, n’est pas réaliste. Il faut s’attendre à ce que seulement un ou deux accélérateurs du groupe soient moins efficaces. Même les accélérateurs « bloqués » causeront encore une augmentation de charge bien que la propulsion du jet soit perturbée.
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Remarks: As a safety precaution it is advisable to take into account the traffic volume corresponding to the peak hours. In some countries recent safety precautions led to the installation of signalling which promotes a spacing between the vehicles (e.g. 100 m) inside the tunnel. It is impossible, mainly in urban areas, to expect that all users will observe this precaution in case of accident or fire. No lesson can yet be drawn from the experience, but it seems sensible to expect that the occupation rate of the lanes will then be noticeably smaller than the normal capacity (170 uvp/h) except in urban areas. Moreover a smaller distance would be compensated partly by the wake effect of the vehicles. In the case of an inter-urban tunnel the value must be evaluated case by case (for instance 50 veh/km of lane). The case of traffic congestion preventing the vehicles from escaping from the tunnel downstream of the fire is not accounted for, because any pushing of smoke onto the blocked users must be avoided. However, there is no difficulty in considering the resistance of vehicles blocked upwards so that ventilation can push down smoke after the users’ evacuation. Installation Efficiency of Jet Fans Additional to the information in reference 15 the installation efficiency of jet fans located in or just in front of the entrance portal is higher than the efficiency of the same fans located in the tunnel. Measurement both in scale models and in reality showed installation efficiencies near 100%. When the jet fans are located within a short height above the traffic room in combination with a downward-directed jet stream high lorries can block the jet propulsion of jet fans. In case the jet fans are lengthwise mounted one by one in many cases the jet propulsion of only one or two jet fans will be disturbed. This will not cause a severe diminishing of the total jet thrust. If the jet fans are mounted in groups along the tunnel it is not to be expected all jet fans within one group are less effective. The chance of a stationary truck on each lane at the same position just in the jet propulsion of a jet fan is not relevant. It is to be expected only one or two jet fans in a group are less effective. Even the ‘blocked’ jet fans still cause a pressure rise in spite of the disturbed jet propulsion.
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12.3.3 Exemple
Caractéristiques géométriques du tunnel Longueur du tunnel L = 1200 m Section transversale du tunnel AT = 69 m2 Périmètre de la section transversale du tunnel P = 32,5 m Diamètre hydraulique du tunnel DH = 8,50 m Rampe du tunnel d = - 0,02 (= 2 %) Caractéristiques aérodynamiques Taux massique de l’air ρ = 1225 kg/m3 Coeff. de perte de charge linéaire ou coefficient de Moody λ = 0,020 Perte de charge à l’entrée du tunnel ζ = 0,4 Nombre de Prandtl (air) Pr = 0,7 Contre-charge atmosphérique ΔPa = 50 Pa Accélération de la gravité g = 0,981 m/s2 Vitesse du flux en tunnel u0 = 4 m/s Caractéristiques des accélérateurs Vitesse de sortie moyenne des accélérateurs uj = 30 m/s Poussée fournie par un groupe d’accélérateurs Fj = 1500 N Coefficient total d’installation des accélérateurs η = 0,85 Caractéristiques thermiques Puissance thermique de l’incendie Q = 200 x 106 W Chaleur massique de l’air cp = 1009 J/kg˚K Emissivité des parois ε = 0,7 Constante de Stefan–Boltzmann σ0 = 5,68 x 10-8 W/m2 ˚K4 Température superficielle du tunnel Twalls = 288 ˚K
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12.3.3 Example
Geometric Characteristics of the Tunnel tunnel length L = 1,200 m tunnel cross section AT = 69 m2 perimeter of the tunnel cross section P = 32.5 m hydraulic diameter of the tunnel DH = 8.50 m tunnel gradient d = - 0.02 (= 2%) Aerodymanic Characteristics air rate mass ρ = 1.225 kg/m3 linear pressure loss factor or Moody factor λ = 0.020 pressure loss at the tunnel entrance ζ = 0.4 air Prandtl number Pr = 0.7 atmospheric counter-pressure ΔPa = 50 Pa gravity acceleration g = 0.981 m/s2 tunnel flow speed u0 = 4 m/s Jet Fan Characteristics average output velocity of jet fans uj = 30 m/s fan thrust supplied by a jet fan group Fj = 1,500 N total installation factor of jet fans η = 0.85 Thermal Characteristics fire heat release rate Q = 200 x 106 W mass heat of air cp = 1,009 J/kg˚K wall emissivity ε = 0.7 Stefan–Boltzmann constant σ0 = 5.68 x 10-8 W/m2 ˚K4 tunnel surface temperature Twalls = 288 ˚K
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Tableau 12.3.1 - Evolution longitudinale de la température de l’air pour l’exemple du paragraphe 12.3.3.
Température (oK)
Distance foyer / entrée (m)
677 à 0 622 50 579 100 544 150 515 200 491 250 470 300 452 350 436 400 422 450 409 500 398 550 387 600 379 650 372 700 364 750 358 800 352 850 346 900 342 950 337 1000 333 1050 329 1100 326 1150 323 1200
Tableau 12.3.2 - Variation des différentes pertes de charge le long du tunnel en fonction de l’emplacement du foyer d’incendie
Pertes de charge
(Pa)
Distance foyer / Entrée du tunnel (m)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200ΔPe 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 ΔPf 40,48 40,17 39,81 39,38 38,87 38,25 37,51 36,63 35,54 34,22 32,57 30,49 27,78ΔPs 11,04 11,24 11,51 11,82 12,23 12,71 13,22 13,97 14,90 16,06 17,60 19,78 23,13
ΔPvéh 0 4,65 9,30 13,95 18,60 23,25 27,89 32,54 37,19 38,73 38,83 38,73 38,73Δch 82,68 79,87 76,61 72,83 68,44 63,35 57,54 50,87 43,19 34,41 24,40 12,99 0 ΔPa 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 ΔPexp 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 ΔP total 214 220 221 222 222 222 220 218 215 207 197 186 174
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Table 12.3.1 - Longitudinal evolution of the temperature of the air for the example of section 12.3.3
Temperature (oK)
Distance fire / entrance (m)
677 à 0 622 50 579 100 544 150 515 200 491 250 470 300 452 350 436 400 422 450 409 500 398 550 387 600 379 650 372 700 364 750 358 800 352 850 346 900 342 950 337 1,000 333 1,050 329 1,100 326 1,150 323 1,200
Table 12.3.2 - Variation of different pressure losses along the tunnel according to the location of the fire
Pressure Losses (Pa)
Distance Fire / Entrance of the Tunnel (m)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200ΔPe 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 3.94 ΔPf 40.48 40.17 39.81 39.38 38.87 38.25 37.51 36.63 35.54 34.22 32.57 30.49 27.78ΔPs 11.04 11.24 11.51 11.82 12.23 12.71 13.22 13.97 14.90 16.06 17.60 19.78 23.13
ΔPvéh 0 4.65 9.30 13.95 18.60 23.25 27.89 32.54 37.19 38.73 38.73 38.73 38.73Δch 82.68 79.87 76.61 72.83 68.44 63.35 57.54 50.87 43.19 34.41 24.40 12.99 0 ΔPa 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 ΔPexp 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 ΔP total 214 220 221 222 222 222 220 218 215 207 197 186 174
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12.4 Trappes d’extraction des fumées
12.4.1 Introduction Parmi les moyens utilisés pour combattre les incendies dans les tunnels routiers, il faut accorder une grande attention aux équipements de maîtrise des fumées, tant du point de vue économique que stratégique. Les équipements de maîtrise des fumées ont pour buts principaux de :
• assurer la protection des usagers et des intervenants de secours contre les effets toxiques des fumées et l’exposition à des températures élevées,
• maintenir les conditions de bonne visibilité nécessaires pour l’évacuation des usagers du tunnel et l’intervention des équipes de secours,
• améliorer la résistance de la structure du tunnel à des températures excessivement élevées.
Les types de maîtrise des fumées dépendent du choix du système de ventilation : naturelle, longitudinale, transversale ou hybride ; ils sont décrits dans les publications AIPCR, par exemple les références 2 et 15. La présente annexe concerne l’utilisation de l’extraction des fumées dans les systèmes de ventilation transversale ou semi-transversale, sur la base des trois principes suivants :
• réaliser une extraction concentrée des fumées le plus efficacement possible par extraction au niveau du plafond,
• maintenir la stratification naturelle des fumées et préserver le plus possible des conditions d’absence totale des fumées au niveau de la chaussée,
• dans les tunnels de grande longueur, confiner les fumées à proximité du foyer, en appliquant des pressions élevées dans les zones situées de chaque côté de l’incendie.
Les systèmes d’évacuation des fumées de ce type sont normalement pourvus d’une conduite d’extraction, avec des bouches pour capter les fumées, reliées aux ventilateurs d’extraction. Dans le passé, l’air vicié était aspiré sur toute la longueur de la section de ventilation jusque dans la gaine d’air vicié, au travers de petites bouches de 0,1 m2 placées à intervalles de 2 à 15 m. Ce système était dimensionné pour que la qualité de l’air reste uniforme dans le tunnel. Dans le cas d’un incendie, il était également utilisé pour extraire la fumée, mais il a été démontré que l’efficacité de captage de ce type de système est faible, la capacité d’extraire les fumées en certains points distincts étant trop réduite. Dans de tels cas, il est préférable d’utiliser des bouches de superficie jusqu’à 15 m², placées à intervalle de 50 à 100 m, et de n’ouvrir en cas d’incident que celles se trouvant au droit du foyer. Des trappes télécommandées permettent d’ouvrir et de fermer chacune de ces bouches.
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12.4 Smoke Dampers
12.4.1 Introduction Among the means used to fight fires in road tunnel, smoke control systems are important economic and strategic considerations. The main purposes of smoke control systems are to:
• assure the protection of users and emergency responders against the toxic effects of smoke and exposure to high temperatures,
• maintain conditions of good visibility necessary for the evacuation of the tunnel users and the intervention of the emergency responders,
• improve the resistance of the tunnel structure against excessively high temperatures.
The types of smoke control depend on the choice made for the ventilation system: natural, longitudinal, transverse and hybrid, and are described in PIARC publications such as references 2 and 15. This appendix concerns the use of smoke extraction in transverse or semi-transverse ventilation systems designed for smoke control that are based upon the following three principles:
• Achieve a concentrated smoke extraction at the highest possible efficiency by mean of extraction at ceiling level,
• Maintain the natural stratification of smoke and preserve largely smoke-free conditions at road level,
• Confine smoke, in longer tunnels, to a section of the tunnel near to the fire, by applying higher pressures in the zones situated to each side of the fire.
Smoke removal systems of this type will usually have a smoke extract duct, with openings for the capture of smoke, connected to extract fans. Historically, polluted air was extracted in the whole ventilation section through small openings in the extract duct, each with a face area of about 0.1m², and set at intervals of 2 to 15 m. This system was designed for a uniform in-tunnel air quality. It was also used, in the event of fire, to extract the smoke but it has been shown that the capture efficiency of this type of system is low, as the capacity to extract smoke at certain distinct locations is too small. In such cases it is better to use openings with face areas up to 15 m² and set at intervals of 50 to 100 m, and to open in the incident case only those at the fire location. Remotely controlled dampers handle the opening and closure of each of the openings.
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Les trappes télécommandées peuvent aussi être utilisées en cours d’exploitation normale pour extraire l’air vicié. Une partie du courant d’air de ventilation peut être aspiré à l’intérieur du tunnel soit en ouvrant certaines trappes, soit en ouvrant partiellement l’ensemble des trappes. La présente annexe a pour but premier de décrire les trappes d’extraction couramment utilisés dans les systèmes d’extraction, ainsi que leurs caractéristiques, les spécifications, les règles d’installation et les essais auxquels elles doivent être soumises. Egalement de donner quelques exemples d’application. Les trappes d’extraction sont normalement installées sur une gaine d’air vicié. Leur commande peut être associée à une ou plusieurs zones de ventilation, en fonction de la longueur du tunnel. Les trappes d’extraction doivent être distinguées des dispositifs que l’on peut installer sur des ouvertures de grande dimension (100 m² ou plus), qui sont parfois utilisées pour établir une liaison entre le tunnel et l’air libre extérieur. Ces ouvertures sont équipées d’un dispositif de fermeture, fermé en exploitation normale pour éviter tout échange de pollution et protéger l’environnement, et ouvert en cas d’incendie pour limiter les mouvements des fumées à l’intérieur du tunnel.
12.4.2 Travaux antérieurs de l’AIPCR Le problème des incendies en tunnel routier a fait l’objet d’une présentation détaillée dans la publication AIPCR « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » [2] et dans d’autres parties du présent rapport.
12.4.3 Objectifs des trappes d’extraction des fumées Les incendies qui se sont produits récemment dans des tunnels ont mis en lumière les points suivants : • les fumées produites par les incendies sont très toxiques et peuvent être
la cause principale de décès chez les usagers, • la stratification est une caractéristique utile des fumées chaudes dans les
tunnels bidirectionnels, mais elle ne peut pas être maintenue sur une grande partie du tunnel et ne se produit que si la vitesse longitudinale de l’air reste inférieure à 2,5 à 3 m/s.
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The controlled dampers can also be used during normal operations to extract polluted air. A part of the ventilating airflow can be extracted within the tunnel either by opening some of smoke dampers or by opening partially all the dampers. The primary purpose of this appendix is to describe the smoke dampers typically employed in smoke extraction systems, and their characteristics, specifications, rules of installation and tests they must pass. In addition to give some examples of their application. The smoke dampers are typically installed in an extract duct. The control of the dampers may be associated with one or more ventilation zones, depending upon the length of the tunnel. The smoke dampers should be distinguished from the devices that can be used in large openings (of about 100m² or more) that are sometimes used to make a connection between the tunnel and atmosphere. These opening are fitted with a closing device, closed in normal operation to prevent pollution exchange and protect the environment and open in the event of fire to limit the movement of smoke within the tunnel.
12.4.2 Previous Work by PIARC The problem of fires in road tunnels has been presented in detail in the PIARC Publication entitled “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” [2] and elsewhere in this report.
12.4.3 Smoke Damper Objectives Recent fires in tunnels highlight the following points: • smoke produced by fires is very harmful and is the main cause of death among
users, • stratification is a useful characteristic of hot smoke in bi-directional tunnels, but it
cannot be maintained throughout a larger portion of the tunnel and occurs only if the longitudinal air velocity is maintained below 2.5 to 3m/s,
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• même si la commande de la vitesse longitudinale de l’air est efficace, il peut se produire une dé-stratification à quelques centaines de mètres du foyer. L’expérience a montré que si la vitesse longitudinale des fumées n’est pas contrôlée de façon satisfaisante, des effets transitoires se produisent avant que le contrôle des fumées ne démarre, et les caractères propres à certains incendies (écoulement important de fumées refroidies) peut encore raccourcir cette distance.
• si la production de fumée est importante, et ce même avec une bonne stratification, la couche de fumée peut atteindre une épaisseur telle que le tunnel est pratiquement entièrement rempli.
Il est évident que, pour un flux d’extraction donné, l’efficacité de la maîtrise des fumées est meilleure si ces fumées sont extraites avant d’être diluées. Les mécanismes de dilution incluent le mélange naturel des fumées, l’effet de pistonnement des véhicules en mouvement, la force ascensionnelle de l’incendie lui-même, ainsi que les perturbations dues aux différences des conditions météorologiques aux deux entrées. Le mode d’extraction le plus efficace à proximité du foyer consiste à ouvrir les clapets dans la zone de l’incendie. L’exploitation des systèmes de maîtrise des fumées en tunnel est normalement supervisée par un Poste de contrôle et de commande situé à distance (PCC), d’où partent les réactions requises pour les différents incidents. Dans les tunnels sans PCC, les trappes d’extraction peuvent être déclenchées par le système de détection d’incendie. Il est donc absolument nécessaire que ce système de détection identifie l’emplacement exact du foyer d’incendie. Les trappes d’extraction peuvent être utilisées en exploitation normale. Il peut arriver que le flux d’air frais fourni dans le tunnel par le système de ventilation soit trop important pour n’être évacué que par les têtes. Dans ces conditions, des vitesses excessivement élevées du courant d’air en tunnel peuvent gêner les usagers et aussi imposer des charges très importantes aux ventilateurs d’air frais. De l’air vicié peut alors être aspiré hors du tunnel au moyen des trappes et relâché dans l’atmosphère d’une façon maîtrisée et non uniquement par les têtes.
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• even with an efficient control of longitudinal air speed, de-stratification can happen a few hundred meters from the fire. Experience shows that, if the longitudinal velocity of the smoke is not controlled satisfactorily, transient effects which occur before starting smoke control, and the particular features of some fires (large flow of cooled smoke) can make these distances much shorter,
• if the production of smoke is large, even with good stratification, the thickness of the smoke layer can be such that the tunnel is nearly completely filled.
It is clear that for a given extract flow, the efficiency of smoke control will be higher if the smoke is extracted before being diluted. The mechanisms for dilution include the natural mixing of the smoke, the piston effect of moving vehicles, the buoyancy of the fire itself, and disturbances caused by differences in the meteorological conditions at the two portals. The most efficient extraction in the vicinity of fire is achieved by opening smoke dampers in the selected fire zone. The operation of smoke control systems in tunnels is usually supervised from a Remote Control Centre (RCC), where the required response for the particular incident originates. For tunnels without RCC, the control of smoke dampers may be prompted by the fire detection system. It is therefore absolutely necessary that the fire detection system identifies the precise location of the fire. The smoke dampers can also be used during normal operations. The flow of fresh air delivered by the ventilation system to the tunnel may be too large to be discharged only through the tunnel portals. Under these conditions, excessively high airflow velocities in the tunnel can impose heavy loads on the fresh air supply fans. In such a case, polluted air can be extracted from the tunnel using the dampers and discharged to atmosphere in a controlled manner and not indiscriminately through the portals.
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12.4.4 Caractéristiques de fonctionnement Base de dimensionnement Il est nécessaire de définir les caractéristiques de fonctionnement des trappes afin d’optimiser l’extraction des fumées en limitant le nombre de trappes utilisées. Ces caractéristiques incluent : • les caractéristiques de fonctionnement du flux et de la vitesse sur chaque
trappe, • les caractéristiques géométriques : dimensions, forme et emplacement
des trappes, • système de fonctionnement : coulissant, rotatif, avec lames parallèles • nombre de points d’extraction. Les recommandations présentées sont basées sur : • les études sur modèles physiques ; • les résultats des essais en grandeur réelle dans les tunnels équipés de
clapets anti-fumée ; • les études et simulations numériques par simulation 3D (CFD) ; • les essais en grandeur réelle effectués sur les prototypes de clapets en
Suisse dans le tunnel du San Bernardino ; • les essais en grandeur réelle effectués sur des clapets en Autriche et en
France (tunnels du Tauern, Katschberg, Pfaeder, Gleinalm Bosruck, Chamoise, Fréjus, Orelle et Mont Blanc).
Données expérimentales Essais sur modèles physiques Des essais sur modèles physiques ont été réalisés en France en 1993. Deux maquettes à échelle 1/15 ont été construits, l’une pour une série d’études sur l’autoroute A14 pour l’« Etablissement Public pour l’Aménagement de la Région de la Défense » (EPAD), l’autre dans un but plus général dans le cadre du programme de recherche du Centre d’Etudes des Tunnels (CETU) [62]. Une étude avait été conduite précédemment sur un modèle hydraulique à échelle 1/68, dans laquelle la fumée était simulée par de l’eau salée injectée dans de l’eau pure. La prise en compte de la similarité dynamique avait conduit à mettre au point ce modèle, qui a été remplacé par des modèles aérodynamiques à échelle 1/15. Les modèles aérodynamiques ont donné des taux de densité et un nombre de Froude équivalents, tout en maintenant un nombre de Reynolds élevé. La fumée était simulée par un mélange d’hélium et d’azote selon la même densité que l’air chaud produit par l’incendie.
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12.4.4 Functional Characteristics Basis of Design It is necessary to define the functional characteristics of the smoke dampers in order to optimise the smoke extraction by limiting the number of smoke dampers used. The characteristics include: • functional characteristics of flow and speed in each smoke damper,
• geometric characteristics; size, shape and location of smoke dampers,
• working system: sliding, rotating, with parallel blades, • number of extraction points. The recommendations presented are based on: • studies on physical models, • results of full-scale tests undertaken in tunnels equipped with smoke dampers,
• studies and numerical simulations by 3-dimensional simulations (CFD), • full-scale tests carried out for types of prototype dampers in Switzerland in the San
Bernardino tunnel, • full scale tests of dampers in various tunnels in Austria and in France (Tauern,
Katschberg, Pfaeder, Gleinalm Bosrucktunnel, Chamoise, Frejus, Orelle and Mont Blanc).
Experimental Data Tests on Physical Models Tests on physical models were made in France in 1993. Two models at 1/15 scale have been made, one in the series of studies for Highway A14 for the “Etablissement Public pour l’Aménagement de la Région de la Défense” (EPAD), the other with a more general purpose in the research programme of Centre d’Etudes des Tunnels (CETU) [62]. An earlier study was carried out on a hydraulic model at 1/68 scale in which smoke was simulated by salt water injected into pure water. The consideration of dynamic similarity led to this model being replaced by aerodynamic models at 1/15 scale. The aerodynamic models provided equivalent ratios of density and Froude number while maintaining a high Reynolds number. Smoke was simulated by a mixture of helium and nitrogen at the same density as the hot air produced by the fire.
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Une série de 130 essais a été effectuée sur différents panaches stratifiés de fumée pour tester un certain nombre de configurations de clapets anti-fumée et de conditions de flux en tunnel. En Autriche, différents essais ont été réalisés sur des maquettes à échelle 1/15. Ces essais avaient pour but de : • optimiser la géométrie des clapets anti-fumées : emplacement, forme,
section, intervalle, • optimiser le flux dans chaque clapet, • estimer l’efficacité d’extraction du système et la résistance de flux des
clapets, • estimer l’influence du courant d’air longitudinal sur l’efficacité d’extraction, • estimer l’influence de l’introduction d’air frais dans le tunnel
simultanément à l’extraction, • comparer les clapets anti-fumée à des bouches plus petites réparties. Simulations utilisant la CFD Des simulations CFD ont été effectuées dans différents pays pour vérifier le comportement des fumées et les conditions d’extraction. Les paramètres des essais étaient les suivants : • puissance de feu : 30 et 100 MW • section du clapet anti-fumée : 2 m2, 4 m2, 8 m2 • flux d’extraction : 120 m3/s, 160 m3/s, 300 m3/s • distance entre les clapets anti-fumée : 50 m, 100 m, 200 m • nombre de clapets ouverts : 2-3-5-7 • longueur de section avec clapets ouverts : 200 m, 300 m, 400 m • déclivité du tunnel : 0 %, 4 %, 6 % • lieu d’extraction : au plafond du tunnel ou sur les côtés Essais in situ De nombreux tunnels sont équipés à présent de clapets anti-fumée télé-commandés (voir sous-chapitre « 12.4.8 Exemples concrets »). Des essais de fumées chaudes ont été réalisés sur le site pour vérifier les performances des systèmes d’extraction. Les études incluent aussi la comparaison de différents types de clapets. Des essais ont été effectués en Suisse sur quatre prototypes différents de clapets anti-fumée pour le tunnel du San Bernardino afin de comparer leurs avantages et leurs inconvénients. Ces essais ont concerné : • deux prototypes de clapets rotatifs provenant de fabricants différents, • un prototype avec lames parallèles, • un prototype de clapet coulissant.
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A series of 130 tests has been made to test a range of configurations of smoke dampers and flows conditions in tunnels. Various tests have been performed for 1/15 models in Austria. The purpose of these tests was to: • optimise the geometry of smoke dampers; location, shape, section, interval,
• optimise the flow through each damper, • estimate the extract efficiency of the system and the flow resistance of the
dampers, • estimate the influence of longitudinal air flow on extract efficiency, • estimate the influence of introducing fresh air into the tunnel simultaneously with
extraction, • compare smoke dampers with smaller distributed openings. Simulations Using Computational Fluid Dynamics (CFD) CFD simulations have been made in various countries to verify smoke behaviour and extraction conditions. The test parameters were: • Fire power: 30 and 100 MW • Smoke damper section: 2 m2, 4 m2, 8 m2 • Extraction flow: 120 m3/s, 160 m3/s, 300 m3/s • Spacing between smoke dampers: 50 m, 100 m, 200 m • Number of open smoke dampers: 2-3-5-7 • Length of section with open smoke dampers: 200 m, 300 m, 400 m • Tunnel slope: 0%, 4%, 6% • Extraction location: in the tunnel ceiling or at the tunnel side Tests on Site Numerous tunnels are now equipped with remote controlled smoke dampers (see Subsection “12.4.8 Case Histories”). Hot smoke tests have been carried out on site to verify the performance of the smoke extract systems. Studies also include the comparison of different types of smoke dampers. Tests on four different prototype smoke dampers have been made in Switzerland in the San Bernardino Tunnel to compare their advantages and disadvantages. Tests have been made on: • two prototype rotating dampers from different manufacturers, • one prototype of a damper with parallel blades, • one prototype of a sliding damper.
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Dans le tunnel autrichien, les essais visaient à étudier les effets de l’ouverture d’un ou de plusieurs clapets. Ils ont en outre été effectués sur des clapets à lames parallèles afin d’estimer les effets de l’ouverture des lames. Caractéristiques du système d’extraction Généralités Le débit total à extraire et la longueur de tunnel sur laquelle il doit être extrait dépendent de la dimension de l’incendie de dimensionnement, ainsi que des caractéristiques de la circulation et du tunnel. Des recommandations sont données dans AIPCR [2]. La stratégie de ventilation consiste à confiner les fumées sur une longueur donnée du tunnel, la zone d’incident. Elle se trouve compliquée par les courants d’air induits par la température de l’air, les conditions météorologiques et le trafic ; les courants d’air peuvent faire se déplacer les fumées le long du tunnel et provoquer leur déstratification. Le choix de la valeur du flux d’extraction et le dimensionnement du système de ventilation (nombre de cantons de ventilation, flux d’alimentation et d’extractions des autres cantons, utilisation possible d’accélérateurs pour la maîtrise de la vitesse de l’air) doivent donc permettre l’optimisation du rendement du système. La création d’un point de convergence de la vitesse ou point nul dans la zone de l’incident est une caractéristique intéressante de la stratégie de ventilation (figure 12.4.1).
Figure 12.4.1 - Courant d’air dans un tunnel avec des trappes télécommandées
Les débits extraits sont un point important. Pour un incendie de 30 MW, il faut avoir un débit à l’extrémité de la gaine d’aspiration d’au moins 110 m3/s et si possible de 160 à 240 m3/s. Ce choix doit prendre en compte la section du tunnel et la vitesse longitudinale de l’air qui en résulte. Le courant d’air sur le ventilateur de sortie doit naturellement être supérieur en raison des pertes dans la gaine d’aspiration ainsi que sur les clapets fermés.
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In the Austrian tunnel, tests have been undertaken to investigate the effects of opening one or more dampers. In addition, tests have been undertaken on the parallel bladed dampers to assess the effects of blade opening angle. Extracting System Characteristics General The total flow to be extracted, and the length of the tunnel over which it has to be extracted depends on the size of the reference fire, and on traffic and tunnel characteristics. Recommendations are given in PIARC [2]. The ventilation strategy is to confine the smoke to a given length of the tunnel; the incident zone. The strategy is complicated by airflows induced by air temperature, meteorological conditions and traffic; airflows that can cause the smoke to move along the tunnel and to de-stratify. The choice of the value of the extract flow and the design of the ventilation system (number of ventilation sections, supply and extract flows on other ventilation sections, possible use of jet fans for air speed control) must therefore be arranged to optimise the performance of the system. The creation of a velocity convergence point or null point in the incident zone is a useful feature of the ventilation strategy (See Figure 12.4.1).
Figure 12.4.1 - Tunnel airflow with controllable dampers
The volumes of the extracted flow is an important point. For a 30 MW fire, extract airflows at the far end of the exhaust duct of at least 110 m3/s and if possible 160m3/s to 240m3/s should be used. The choice must take in account the tunnel section and the consequence for the longitudinal air speed. Of course, the airflow at the exhaust fan must be higher because of leakages in the exhaust duct as well as in the closed dampers.
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On peut avoir recours à des simulations sur ordinateur pour définir des scénarios d’incendie et évaluer la sensibilité du contrôle des flux d’extraction, le nombre de trappes d’extraction ouvertes, les différents régimes de ventilation dans les autres sections du tunnel, l’utilisation possible d’accélérateurs, en fonction de position de l’incendie et de la ventilation naturelle. Le dimensionnement du système de ventilation doit prendre en compte les éléments suivants : • on ne connaît pas toujours avec précision le lieu de l’incendie et le
système doit conserver son efficacité en prenant en considération cette incertitude,
• il faut maîtriser la vitesse et la direction des mouvements de la fumée, • il faut prendre en considération le cas d’une défaillance mécanique, • dans le cas où plusieurs clapets sont ouverts, les taux d’extraction
doivent rester équilibrés entre les bouches, • le système doit prendre en compte des conditions météorologiques
variables et doit réagir de façon suffisamment robuste pour tolérer ces variations sans perte d’efficacité inutile.
En Europe, un grand nombre de tunnels ont été équipés de trappes d’extraction. De nombreux pays ont adopté la solution d’ouvrir plusieurs clapets situés dans des zones ou des cantons adjacents (1 à 4 m2) de chaque côté du foyer sur la longueur sélectionnée pour limiter la zone affectée par l’incident (normalement de l’ordre de 200 à 400 m). La solution préférée en Autriche consiste à pratiquer l’extraction en un point unique de la zone d’incident (clapet le plus proche du foyer). Les clapets ont une section comprise entre 9 et 12 m2. Un grand nombre de tunnels anciens sont en cours de restauration et sont alors équipés de trappes d’extraction. Les contraintes qui résultent de l’installation d’un nouvel équipement sont qu’il n’est pas toujours possible d’adopter la solution qui aurait été choisie pour un nouveau tunnel et que des compromis sont toujours nécessaires. Vitesse de l’air dans les trappes d’extraction et dans la section transversale Le dimensionnement des trappes dépend de deux paramètres décisifs. L’un est la section transversale de la bouche, l’autre la vitesse du courant d’air dans les trappes.
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Computer-based simulations can be used to help establish fire scenarios and to assess the sensitivity of control of extract flows, the number of open smoke dampers, different ventilation regimes on other tunnel sections, the possible use of jet fans, with the variation of fire location and natural ventilation. The design of the ventilation system must take into account the following elements: • the fire location is not always known precisely and the system must maintain its
efficiency considering this uncertainty;
• the velocity and the direction of smoke movement must be monitored; • the case of a mechanical failure has to be considered; • in the case that several smoke dampers are opened, the extraction airflow rates
must remain balanced between the openings; • the system must consider variable meteorological conditions and should be
sufficiently robust in its response to tolerate these variable conditions without an undue loss of effectiveness.
Many tunnels in Europe have been equipped with smoke dampers. In many countries the adopted solution is to open several dampers of adjacent zones or sections (1 to 4 m2) on each side of the fire over the length selected to limit the incident zone (typically in the range of 200 to 400 m). In Austria the preferred solution is to extract at a single point in the incident section of the tunnel (damper closest to the fire location). Damper cross sections are between 9 and 12 m2. Many old tunnels are undergoing refurbishment and are being equipped with smoke dampers. The constraints of retrofitting the equipment mean that it is not always possible to adopt the solution that would have been carried out for a new tunnel and compromises are usually necessary. Air Velocity Through Smoke Dampers and Cross-Sectional Area There are two decisive parameters in the design of dampers. One is the cross section of the opening, and the second is the airflow velocity through the dampers.
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Les dimensions des trappes dépendent du nombre de trappes ouvertes en cas d’incendie. Pour définir le taux optimum d’extraction, il est recommandé d’obtenir approximativement une surface totale d’ouverture de trappe égale à la section transversale de la gaine d’air vicié. Si la superficie des trappes ouvertes est plus petite, une accélération de courant d’air dans les trappes induit une décélération dans la gaine, donc une perte de pression. Dans le cas où une seule trappe est ouverte, la section transversale de celle-ci doit être au moins égale à la section transversale de la gaine d’air vicié. Si l’on ouvre plus d’une seule trappe, la résistance des trappes doit être adaptée pour éviter que la plus grande partie des fumées soit aspirée par la trappe le plus proche du foyer. Les essais dans les tunnels du Karawanken et de Schmitten ont montré que l’ouverture de trois trappes, présentant chacun un taux de section transversale supérieur à un, et sans augmenter la résistance des trappes, conduit à faire passer au moins 50 à 60 % de l’air extrait par la trappe la plus proche du ventilateur. Les flux peuvent être équilibrés en augmentant la résistance de chaque trappe, comme il est démontré dans le sous-chapitre « Coefficient de perte de charge ». La dimension réduite des trappes et des gaines minimise l’ampleur des travaux, mais a pour résultat une augmentation des vitesses de l’air. On propose donc de réduire le nombre de trappes anti-fumée, tout en notant que des vitesses de l’air élevées à l’entrée des trappes augmente le risque de pénétration de l’air frais dans la couche de fumée – effet de poinçonnement – et de production de pertes de charge plus élevées. Le risque d’effet poinçonnement n’est notable que dans le cas d’une couche fine de fumée, mais, dans ce cas, le flux résiduel de fumée est faible et ne présente pas de risque important pour la sécurité des personnes se trouvant dans le tunnel. L’influence d’une vitesse du courant d’air dans les trappes de l’ordre de 3 à 20 m/s semble faible. L’efficacité de captage du système d’extraction peut cependant diminuer légèrement lorsque la vitesse du courant sur les trappes dépasse 10 m/s dans des cas particuliers de panaches de fumée et de configuration de trappe. D’une façon générale, une vitesse du courant d’air d’environ 10 à 15 m/s reste acceptable, mais on peut atteindre 20 m/s sans perte appréciable de l’efficacité de captage. Les pertes de charge ne sont généralement pas un problème important, car il est nécessaire d’assigner à chaque trappe une perte de charge suffisante pour contre-balancer les flux d’air extraits par les trappes adjacents ouverts. Ces pertes de charge sont bien plus élevées que celles résultant des pertes de pression dans la gaine entre deux trappes successives.
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The sizes of the dampers depends on the number of dampers to be opened in the event of a fire. To establish the optimum extract flow rate it is recommended to have approximately the same total area of the open damper(s) as the cross section of the exhaust air duct. If the area of the open damper(s) is much smaller, an acceleration of the airflow into the dampers is followed by a deceleration in the duct, which results in a high pressure loss. In the case of opening only one damper, the cross section of the open damper should be at least equal to the cross section of the exhaust duct. If more than one damper is opened, the resistance of the dampers must be adapted to avoid most of the smoke being extracted through the damper nearest to the exhaust fan. Tests in the Karawanken and Schmitten Tunnels showed that opening three dampers, each with a cross-sectional ratio of more than one, and without increasing the resistance of dampers, at least 50% to 60% of the extracted air passed through the damper nearest to the fan. The flows can be balanced by increasing the resistances at each damper as shown in subsection “Head Loss Coefficient”. The reduced size of dampers and ducts minimises the impact on the civil works but will result in increased air velocities. It is proposed to reduce the number of smoke dampers, noting that high airspeeds at entry of the dampers raises the risk of clean air penetrating the smoke layer, the doughnut effect, and producing higher head losses. The risk of the doughnut effect is worth noting only in the case of thin smoke layers, but in this case the residual smoke flow is weak and is not an important risk for the safety of people in the tunnel. The influence of the airflow velocity through the dampers in the range 3 to 20 m/s appears to be low. The capture efficiency of the extract system can, however, reduce slightly when the velocity of the airflow at the dampers increases above 10 m/s in particular cases of smoke plumes and damper configurations. In general, an airflow velocity of about 10 to15 m/s is acceptable, but 20 m/s can be reached without an appreciable loss of capture efficiency. Generally, head losses are not a serious issue as it is necessary to assign to each damper a head loss that is high enough to balance the air flows extracted at adjacent open dampers. These head losses are considerably higher than those resulting from the pressure losses in the duct between two successive dampers.
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Forme et position des trappes d’extraction Il existe trois types d’installations, comme le montre la figure 12.4.2 : (i) Gaine d’extraction dans l’intrados. Lorsque c’est l’intrados qui constitue
la gaine, les trappes sont placées directement dans l’intrados, constituant le plancher de la gaine.
(ii) Gaine d’extraction sous la dalle de chaussée ou dans une conduite distincte. Lorsque la gaine d’extraction se trouve sous la dalle de chaussée ou lorsque l’extraction se fait par une conduite séparée, on doit installer une gaine de jonction pour placer le point d’extraction au plafond. Dans ce cas, les trappes peuvent être placées sur la gaine de jonction ou au point où la gaine de jonction rejoint la gaine principale.
(iii) Gaine latérale. Des gaines latérales peuvent être prévues dans des tunnels en tranchée couverte. Deux dispositions sont possibles : • les gaines permettent une extraction des fumées en hauteur
à l’intérieur du tunnel et les trappes ne sont pas nécessairement combinées au point d’extraction ;
• les trappes sont placées en hauteur directement sur les gaines latérales.
On recommande pour les trappes ou les points d’extraction au plafond une forme rectangulaire, le côté le plus long étant transversal à l’axe du tunnel. La dimension verticale des trappes montées sur la paroi doit être raisonnablement courte, pour que l’air frais ne soit pas extrait au-dessous de la couche de fumée. Lorsque les trappes sont placées sur l’intrados, ils ne doivent pas se trouver trop loin par rapport à l’axe central du tunnel. En tout état de cause, leur conception ne doit pas être inutilement complexe, pour qu’ils puissent être placés au centre du tunnel si celui-ci n’est pas trop large. Le but est que la largeur de la trappe couvre autant de largeur de tunnel que possible. Dans le cas d’une tranchée couverte de grande largeur et d’une gaine de jonction équipée d’une trappe à son début, deux points d’extraction doivent être prévus aux tiers (voir schéma). Si les trappes latérales se trouvent aux points les plus hauts des parois latérales, il faut noter que leur efficacité de captage diminue de la façon suivante selon la position : • de 5 à 10 % sur chacun des piédroits, • de 10 à 15 % sur un seul piédroit. L’efficacité est mesurée en tant que taux de fumée extraite sur flux total extrait.
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Shape and Position of Smoke Dampers There are three types of installation arrangements as shown in Figure 12.4.2: (i) Extract duct in the soffit. When the soffit forms the duct, smoke dampers are
placed directly into the soffit, constituting the floor of the duct.
(ii) Extract duct under road deck or separate gallery. When the extract duct is under the road deck or when extraction is made through a separate gallery, a junction duct has to be installed to put the extraction point in the ceiling. In this case the dampers can be placed in the junction duct or at the point where the junction duct meets the main duct. The extract point and the damper are generally not combined.
(iii) Lateral duct. Lateral ducts can be installed in cut-and-cover tunnels. Two arrangements exist: • Ducts allow extracting smoke at a high level in the tunnel and the dampers
are not necessarily combined with the extraction point
• Dampers are placed directly on the lateral ducts at a high level.
For dampers or extracting points in the ceiling, a rectangular shape is recommended, with the longer side across the tunnel. The vertical dimension of wall mounted dampers should be reasonably small so that fresh air is not extracted from beneath the smoke layer. Where dampers are installed in the soffit, they should not be offset too far from the centre-line of the tunnel. Nevertheless, the design should not be complicated unduly to put the damper in the centre if the tunnel is not too wide. The objective is to have the damper extend over as much of the width of the tunnel as possible. In the case of a wide cut-and-cover tunnel and a junction duct equipped at its beginning with a damper, two extract points should be placed at the third points (see scheme). If lateral dampers are used at the highest points of sidewalls, it should be noted that their capture efficiency reduces as follows for the locations: • On each of the sidewalls by 5 to 10% • On only one sidewall by10 to 15% The efficiency is measured as the ratio of smoke extracted to the total extracted flow.
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Figure 12.4.2 - Installation des trappes d’extraction des fumées
PIARC . 305 . 05.16.B - 2006
Figure 12.4.2 - Installation of smoke dampers
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Distance entre trappes On recommande un intervalle de 50 à 100 m entre les trappes, en fonction de la longueur requise pour la zone de fumée (200 à 600 m) et du nombre de trappes ouvertes.
12.4.5 Spécifications Tolérance à la pression statique La différence de pression dans les gaines d’extraction, entre l’intérieur de la gaine et le tunnel, peut être élevée dans le cas de gaines de grande longueur et particulièrement à l’extrémité ventilateur de la gaine. Les trappes fermées doivent résister à la pression maximum qui règne dans la gaine. La différence de pression maximum dépend du cas spécifique, mais la valeur minimale recommandée est 2 000 Pa. Cette valeur peut excéder 6 000 Pa dans le cas de gaines très longues. Fonctionnement des trappes sous pression La fermeture et l’ouverture des trappes qui se trouvent des deux côtés des trappes déjà ouvertes doivent rester possibles. Tolérance à la température et fonctionnement des trappes Les trappes doivent supporter un air à haute température et permettre un temps de réaction de la part de l’opérateur lorsqu’il commande les positions des différentes trappes à la suite du développement d’un incendie et de la propagation des fumées. La trappe et son servomoteur ainsi que l’équipement associé, doivent donc être dimensionnés en conséquence. On recommande de monter des interrupteurs de fin de course sur la trappe plutôt qu’un servomoteur. Les spécifications données dans le tableau 12.4.1 ci-dessous peuvent être adoptées pour les essais sur trappes, les températures se référant à un incendie de 30 MW.
Tableau 12.4.1 - Spécifications de température Température (°C) Temps écoulé depuis le début
de l’incendie (minutes)
Opération possible Tunnel Gaine 15 Ouverture 400 20 60 Ouverture 200 200 60 Fermeture 200 200 60 Ouverture 400 20
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Spacing Between Dampers An interval of 50 to 100 m between dampers is recommended, depending on the required length for the smoke zone (200 to 600 m) and the number of open dampers.
12.4.5 Specifications Tolerance to Static Pressure The pressure difference in extraction ducts, between the inside of the duct and the tunnel, can be high for long ducts and especially at the fan end of the duct. Dampers that are closed must resist the maximum pressure in the duct. The maximum pressure difference depends on the specific case but the recommended minimum value is 2,000 Pa. The value can exceed 6,000 Pa in the case of very long ducts. Operation of Dampers Under Pressure The closing and opening of dampers located on both sides of those dampers that are already open must be possible. Tolerance to Temperature and Operation of Dampers Smoke dampers must handle air at high temperatures and allow for the reaction time of the operator in controlling the damper positions following the development of fire and the spread of smoke. Consequently, the damper and its actuator and related equipment must be rated accordingly. It is recommended that limit switches are mounted on the damper rather than on the actuator. The specifications shown in Table 12.4.1 following can be adopted for damper tests, the temperatures being referenced nominally to a 30 MW fire.
Table 12.4.1 - Temperature specifications Temperature (°C) Time Elapsed Since Beginning
of Fire (minutes)
Possible Operation Tunnel Duct 15 Opening 400 20 60 Opening 200 200 60 Closing 200 200 60 Opening 400 20
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Les trappes situées près du foyer sont normalement ouvertes pour extraire les fumées. Les trappes situées en amont sur la gaine ne sont pas soumises à des températures très élevées et il suffit d’appliquer les conditions ci-dessus. Il est nécessaire en outre que les fixations des trappes soient conçues pour les températures de dimensionnement, afin d’éviter qu’une trappe proche de l’incident ne présente un risque de chute prématurée dans le tunnel. Débits de fuite On recommande que les trappes anti-fumée soient raisonnablement étanches à l’air pour éviter toutes fuites par les trappes fermées. Ces fuites peuvent réduire considérablement le flux de fumée extrait, en particulier après plusieurs années d’exploitation. Il est recommandé de se référer à la norme EN 1366-2 :1999 [63]. On considère comme acceptables des débits de fuite de l’ordre de 55 l/s/m2 à des températures normales et à 400°C, avec un maximum de 70 l/s/m2 pendant les variations de température sous la pression maximum qui peut régner dans la gaine. Certaines réglementations concernent l’étanchéité à l’état froid. En l’absence de réglementations spécifiques, on peut adopter une valeur de 70 l/s/m2 sous 3 000 Pa avec des températures normales. Délai de fonctionnement Il ne semble pas nécessaire que les opérations soient rapides, et un délai d’activation jusqu’à 25 secondes semble adéquat. Coefficient de perte de charge Les débits extraits par des trappes successives ne doivent pas être trop déséquilibrés. Les pertes de charge sur les trappes ne doivent donc pas être trop faibles pour que les débits s’équilibrent. Les pertes de charge doivent être dimensionnées pour que la différence entre la première et la dernière trappe ouverte ne dépasse pas 10 à 15 %. En l’absence de valeurs calculées, on peut prendre un coefficient de perte de charge de 8 à 10, basé sur la pression dynamique dans la trappe. On peut avoir recours à des dispositifs d’équilibrage, par exemple des grilles à ajuster sur place, pour parvenir à l’équilibre requis des flux d’air.
PIARC . 309 . 05.16.B - 2006
Smoke dampers near to the fire are normally opened to extract smoke. Smoke dampers at upstream locations in the duct are not subjected to very high temperatures and it is sufficient to apply the above conditions In addition, it is necessary for the damper fixings to be rated to design temperatures to avoid the dampers near to the incident becoming a hazard by falling prematurely into the tunnel. Leakage Flow It is recommended that smoke dampers be reasonably air tight to avoid leakage through the closed dampers. Such leakage can appreciably reduce the extracted smoke flow, especially after some years of operation. It is recommended that reference be made to standard EN 1366-2:1999 [63]. Values of acceptable leakage flows are in range of 55 l/s/m2 at normal temperatures and at 400°C, with a maximum of 70 l/s/m2 during temperature variations under the maximum pressure that can exist in the duct. Some regulations concern tightness in a cold state. In the absence of specific regulations, a value of 70 l/s/m2 under 3,000 Pa at normal temperatures can be adopted. Operating Time Quick operations do not seem necessary and an actuation time of up to 25 seconds seems suitable. Head Loss Coefficient Flows extracted by successive smoke dampers should not be too unbalanced. Consequently, the head losses at the dampers should not be too small to achieve balance volume flows. The head losses should be designed to limit the lack of balance between the first and the last open damper to no more than 10 to 15%. In the absence of calculated values, a head loss coefficient of 8 to 10, based upon the dynamic pressure in the damper, can be taken. Balancing devices, such as grilles that can be adjusted on site, can be used over each damper to achieve the required balance of airflows.
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12.4.6 Fonctionnement Systèmes de fonctionnement Il existe trois types de trappes d’extraction, comme le montre la figure 12.4.3 ci-dessous : • trappes à lames parallèles, • trappes pivotantes ou escamotables, • trappes coulissantes.
Figure 12.4.3 - Types de trappes d’extraction des fumées / Types of smoke dampers
Dans le cas de trappes en intrados, on installe des trappes coulissantes ou à lames parallèles pour minimiser les pertes de charge dans la gaine en position ouverte.
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12.4.6 Operation Working Systems The following three types of smoke dampers are available as shown in Figure 12.4.3: • parallel bladed smoke dampers • rotating, or drawbridge smoke dampers • sliding smoke dampers
Figure 12.4.4 - Installation type d’une trappe d’extraction à lames parallèles / Typical installation of
parallel bladed smoke damper In the case of dampers in a soffit, sliding dampers or parallel bladed dampers are installed to minimize the head losses in the duct when in the open position.
AIPCR . 312 . 05.16.B - 2006
En présence d’une gaine de jonction, les trappes pivotantes sont plus faciles à installer. Les trappes coulissantes ou pivotantes ont une longueur de joint plus courte. La fiabilité du fonctionnement des trappes anti-fumée est un élément de sécurité fondamental. Les essais effectués à ce jour ne fournissent pas de base de recommandations pour le choix d’un type de trappe. Le rendement en exploitation des systèmes existants devra être ré-examiné dans les années à venir. Mais il est important d’estimer la fiabilité de tous les composants d’une trappe, y compris le servomoteur et les interrupteurs de fin de course. Les photos des figures 12.4.4, 12.4.5 et 12.4.6 donnent des exemples d’installation de plusieurs types de trappes.
Figure 12.4.5 - Installation d’une trappe d’extraction à lames parallèles /
Parallel bladed smoke damper installation
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When there is a junction duct, rotating dampers can be easier to install. Sliding or rotating dampers have a lower length of joint. The reliability of operation of smoke dampers is a fundamental element of safety. Tests carried out to date do not provide a basis for recommendations on the choice of damper types. The performance in operation of existing systems should be reviewed in the coming years. It is, however, important to assess the reliability of a damper on all its parts, including the actuator and limit switches. The photographs in Figures 12.4.4, 12.4.5 and 12.4.6 show examples of the installation of several types of smoke dampers.
Figure 12.4.6 - Installation type d’une trappe d’extraction coulissante /
Typical sliding smoke damper installation
AIPCR . 314 . 05.16.B - 2006
Exigences concernant le fonctionnement en cas d’incendie Les trappes sont essentielles pour l’extraction des fumées en cas d’incendie. Mais elles ne constituent qu’une partie de l’ensemble du système, qui se compose de la gaine d’extraction, du ventilateur, de l’alimentation électrique, des systèmes de commande et des procédures d’exploitation de la ventilation pour l’ensemble du tunnel. Bien qu’une grande partie des procédures d’exploitation et des exigences en vue d’une exploitation correcte en cas d’incendie soit décrite dans d’autres documents, nous résumons ci-dessous ce qui est essentiel pour le fonctionnement optimal des trappes : • l’équipement mis en place dans la gaine d’extraction doit être capable,
dans sa totalité, de résister à des températures très élevées. Cela inclut le câblage pour l’alimentation électrique et les commandes, le ventilateur d’extraction, etc. ;
• les trappes doivent pouvoir fonctionner sous des températures élevées ; • la totalité de la gaine d’extraction ainsi que les trappes fermées doivent
être étanches, en particulier s’il existe une différence de pression importante sur les parois de la gaine, sinon l’efficacité d’extraction se trouve réduite de façon substantielle ;
• la vitesse longitudinale de l’air dans le tunnel ne doit pas excéder 1,5 m/s au droit des trappes ouvertes. Si cette vitesse critique est franchie, l’efficacité d’extraction est réduite ;
• les tableaux de commande et de contrôle doivent être placés dans des lieux protégés des effets du feu et de la chaleur ;
• les matériaux utilisés pour les trappes doivent résister à l’atmosphère corrosive des tunnels (acier inoxydable ou acier doux galvanisé, on recommande l’acier inoxydable) ;
• les servomoteurs et les interrupteurs de fin de course doivent répondre aux exigences de température données précédemment. (D’une façon générale, on utilise des servomoteurs électroniques doubles. Dans le cas de trappes à lames parallèles, on peut utiliser des servomoteurs simples à ressort de rappel).
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Requirements for Operation in Case of a Fire Dampers are essential for smoke extraction in case of a fire. But the dampers are only one part of the whole system consisting of the exhaust duct, the fan, the electrical supply, the control systems and the operating procedures of the ventilation on the whole tunnel. Although many parts of the whole operating procedure and the requirements for proper operation in case of a fire are described in other documents, those parts which are essential for the optimal operation of the dampers are summarised below: • the whole equipment in the exhaust duct must be able to withstand very high
temperatures. This includes the cabling for electric supply and control, exhaust ventilation fan, etc.;
• the dampers must be able to operate under high temperatures; • the whole exhaust duct, as well as the closed dampers, must be airtight,
especially where there are large pressure difference across the walls of the duct otherwise the extraction efficiency will be reduced substantially;
• the longitudinal air velocity in the tunnel must not exceed 1.5 m/s at the location of the open dampers. If this critical velocity is exceeded the extract efficiency is reduced;
• control and command boards should be installed in places that are protected from the effects of fire and heat;
• materials to be used for the damper construction must be able to resist the corrosive atmosphere of tunnels (stainless steel or galvanised mild steel, stainless steel is recommended);
• the actuators and limit switches have to meet the temperature requirements given previously. (In general, electronic double actuators are used to operate smoke dampers. In the case of parallel bladed dampers, single action actuators with return springs can be used.)
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12.4.7 Essais Essais des trappes d’extraction avant l’ouverture du tunnel Généralités Le programme comporte des essais en usine ou des essais en laboratoire, et des essais in situ. Nous donnons pour information et en guise de directive le programme suivant d’essais et les modes d’exécution, à adapter selon chaque situation. Essais en usine et essais en laboratoire Les essais se déroulent de la façon suivante : (i) Essais mécaniques de résistance contre la déformation due à la
pression. La trappe anti-feu est placée sur un boîtier simulant la gaine et est mise sous pression en plusieurs étapes. Chaque étape dure 5 minutes, et la dernière 30 minutes. A la fin de l’essai, la pression est ramenée à zéro et la trappe soumise à un cycle de fonctionnement complet. Les déformations sont mesurées à chaque étape de pression sur les points caractéristiques de la trappe. Des valeurs limites de déformation doivent être fixées.
(ii) Essai de fiabilité du mécanisme. L’essai comporte des cycles d’ouverture et de fermeture (de l’ordre de 1 000). On mesure les temps de fonctionnement.
(iii) Essais de fuite à basse et haute température sous pression. Il n’existe qu’un petit nombre de laboratoires pouvant effectuer des essais à haute température. Cette situation devrait être améliorée dans l’avenir. S’il n’est pas possible d’effectuer des essais à haute température, seuls ceux à basse température le seront. Les essais devraient être faits en se référant à la norme EN 1366-2 : 1999 [63], en adaptant les conditions d’essai aux critères spécifiques de pression, de température et de fuite.
(iv) Essais de fonctionnement sous pression. La trappe est placée sur un boîtier simulant la gaine et soumise à pression. Cinq cycles d’ouverture et de fermeture sont effectués pour au moins deux valeurs de pression appliquée.
(v) Détermination du coefficient de perte de charge. La trappe anti-feu est placée dans une capsule aérodynamique équipée d’un ventilateur à flux variable et connectée à une section de gaine. Les pertes de charge dans la trappe sont mesurées pour plusieurs valeurs du flux jusqu’au flux maximum de dimensionnement prévu pour la trappe.
Tous les tests doivent être réalisés sur la trappe prototype. Si la série comporte de nombreuses trappes, les contrôles seront faits par groupes de 20 trappes en répétant les tests mécaniques de résistance, ((i) ci-dessus), et les essais de fuite à basse température sous pression avec de nouveaux joints, ((iii) ci-dessus).
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12.4.7 Tests Smoke Damper Tests Before Tunnel Opening General The schedule comprises tests at the factory or test laboratory, and tests on site. The following schedule of tests and their methods are given for information to be used as guidelines and should be adapted to each situation. Tests at the Factory and Test Laboratory The tests to be made are as follows: (i) Mechanical tests of resistance against deformation due to pressure. The fire
damper is installed on a test supporting box acting for the duct and is pressurised in stages. Each stage is maintained for 5 minutes and the last stage is maintained for 30 minutes. At the end of the test the pressure is returned to zero and a complete operation of the damper is made. At each pressure level, deformations are measured at characteristic points of the damper. Limiting deformation values are to be fixed.
(ii) Reliability test of the mechanism. The test comprises opening and closing cycles (in the range of 1,000). Operating times are measured.
(iii) Leakage tests at low and high temperatures with pressure. There are currently only a few laboratories able to carry out tests at high temperatures. This situation should improve in the future. If it is not possible to carry out tests at high temperature, only tests at low temperature will be made. Tests should be undertaken making reference to standard EN 1366-2: 1999 [63], adapting tests conditions to the specified criteria of pressure, temperature and leakage.
(iv) Working tests under pressure. The fire damper is installed on a test supporting box acting for the duct and is subject to pressure. For at least two values of the applied pressure, five opening and closing cycles will be conducted.
(v) Determination of head loss coefficient. The fire damper is put in an aerodynamic rig equipped with a variable flow fan and connected by a section of duct. Head losses in the damper are measured for several values of the flow up to the maximum design flow for the damper.
All the tests should be made on the prototype damper. If the series comprises many dampers, statistical controls will be made for each 20 dampers remaking the mechanical tests of resistance, ((i) above), and the leakage tests at low temperature under pressure with new seals, ((iii) above).
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Essais in situ Les essais suivants seront réalisés in situ : (i) Essais fonctionnels. Chaque trappe est ouverte et fermée en utilisant le
système local et/ou télécommandé pour démontrer le bon fonctionnement des trappes, ainsi que de leurs interrupteurs de fin de course, et établir un procès-verbal de l’état des trappes via le système de supervision.
(ii) Essais d’extraction avec mesure des flux d’air. Les essais d’extraction, avec les ventilateurs en marche, seront réalisés en mesurant les flux d’extraction sur les trappes ouvertes selon plusieurs configurations d’extraction. Le flux minimum requis doit être atteint par les trappes se trouvant à l’extrémité de la gaine d’extraction.
(iii) Essais du système. Les trappes sont testées dans le contexte de modes d’intervention en cas d’incendie.
(iv) Essais d’incendie. Si des essais d’incendie sont proposés, ils donneront une estimation du rendement du système d’extraction des fumées et des procédures d’intervention.
Entretien et essais à intervalle régulier des trappes Des procédures d’entretien préventif doivent être établies et leur exécution contrôlée. Des essais périodiques montreront que les trappes restent opérationnelles. Ces essais comportent : (i) des essais de fonctionnement tous les mois ou tous les deux mois, (ii) la mesure des flux d’air tous les ans ou tous les deux ans, avec un
essai d’étanchéité sur la gaine d’extraction. Un bon entretien des trappes d’extraction est la meilleure garantie de leur bon fonctionnement en cas d’incident.
12.4.8 Exemples concrets Les tableaux 12.4.2, 12.4.3 & 12.4.4 résument les caractéristiques des trappes d’extraction des fumées dans des tunnels existants et nouveaux.
Tableau 12.4.2 - Trappes d’extraction des fumées – Systèmes existants
Tunnel
Situation Longueur
(m) Section
des trappes
(m²)
Distance(m)
Nombre de trappes ouvertes
Débit total extrait (m3/s)
Longueur entre la première et la dernière trappe
ouverte (m) Karawanken Autriche 7.864 4.5 100 3 160 200 Schmitten Autriche 5.111 2,25 50 3 104 100 Landeck Autriche 6.955 5,06 48 4 100 150 Tauern Autriche 6.401 4,62 48 4 230 150
Katschberg Autriche 5.600 9 78 1 Min 120 - Bosruck Autriche 5.100 9 100 1 Min 120 - Gleinalm Autriche 8.000 9 100 1 Min 120 - Plabutsch Autriche 10.000 12 100 1 Min 120 -
St- Gothard Suisse 16.700 4 100 4 300
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Tests on Site The following tests will be made on site: (i) Functional tests. Each damper will be opened and closed using the installed
local and/or remote control system to demonstrate the correct operation of the dampers, their limit switches, and the reporting of damper status through the supervisory control system.
(ii) Extract tests with measurement of airflows. Extract tests, with the fans working, will be made with measurements of extracted flows at the open dampers in several extraction configurations. The minimum required volume flow must be reached for the open dampers at the far end of the exhaust duct.
(iii) System tests. Dampers will be tested in the context of fire response procedures.
(iv) Fire tests. If fire tests are proposed, they will provide an assessment of the performance of the smoke extract system and of the fire response procedures.
Maintenance and Regular Testing of Smoke Dampers Preventive maintenance procedures should be established and their execution controlled. The availability of the dampers will be demonstrated by periodic tests. The tests will comprise: (i) Damper working tests every one or two months (ii) Measurement of airflows every one or two years with a tightness test of the
exhaust duct. Good maintenance of fire dampers is the best guarantee of their working in the event of an incident.
12.4.8 Case Histories Summarised in the following Tables 12.4.2, 12.4.3 & 12.4.4 are the basic characteristics of smoke dampers in existing and new tunnels.
Table 12.4.2 - Smoke dampers – Existing systems
Tunnel
Location Length
(m) Damper section
(m²)
Interdistance(m)
Number of dampers
opened
Total extracted flow
(m3/s)
Length between first and last open
damper (m)
Karawanken Austria 7,864 4.5 100 3 160 200 Schmitten Austria 5,111 2.25 50 3 104 100 Landeck Austria 6,955 5.06 48 4 100 150 Tauern Austria 6,401 4.62 48 4 230 150
Katschberg Austria 5,600 9 78 1 Min 120 - Bosruck Austria 5,100 9 100 1 Min 120 - Gleinalm Austria 8,000 9 100 1 Min 120 - Plabutsch Austria 10,000 12 100 1 Min 120 -
St Gotthard Switzerland 16,700 4 100 4 300
AIPCR . 320 . 05.16.B - 2006
San Bernardino Suisse 6.600 4 100 4 300
Gubrist Suisse 3.230 5,1 200 2 300 200 Neuchâtel Est Suisse 2.610 50 7 210 300
Eggfluh Suisse 2.800 1,2 50 7 100 300 Ligerz Suisse 2.480 50 7 300
Leissigen Suisse 2.200 2*1,2 50 7 250 300 Mont Sagne Suisse 50
Vue des Alpes Suisse 50 Vispertal Suisse 3.250 Fréjus France-Italie 13.000 1,00 125 7 110 750
Mont-Blanc France-Italie 11.600 1,5 100 6 150 500 Somport France-
Espagne 8.608 1,5 100 6 110 600
Caluire France 3.711 1 50 8 80 350 Chamoise France 3.300 1,96 100 5 150 400
Foix France 2.130 1,6 50 8 160 350 Orelle France 3.860 1,60 100 7 110 600
Puymorens France 4.820 1 200 3 96 400 Toulon France 2.969 2 50 8 110 350
Cointe/Amont Belgique 1.639 3,73 50 8 200 350 Cointe/Aval Belgique 1.511 3,73 50 8 200 350
Tableau 12.4.3 - Trappes d’extraction des fumées – Systèmes en construction
Tunnel
Situation
Longueur (m)
Section des
trappes (m²)
Distance(m)
Nombre de trappes ouvertes
Débit total extrait (m3/s)
Longueur entre la première et la dernière trappe
ouverte (m) Tauern
2ème tube Autriche 6.400 12 100 1 Min 120 -
Katschberg 2ème tube
Autriche 5.600 12 100 1 Min 120 -
Plabutsch 2ème tube
Autriche 10.000 12 100 1 Min 120 -
A86 Ouest France 10.000 8 4001 1 92 400 Flüelen Suisse 2.810 200 Aescher Suisse 2.200 100 3 220 200
Kirchenwald Suisse 1.800 100 3 220 200 Uetliberg Suisse 4.500 Gorgier Suisse 2.750 50 7 300 Sissach Suisse
Flims Suisse 4 100 4 200 300 Gotschna Suisse 4.200 2.6 70 200
Note : (1) Tunnel pour PL en ventilation longitudinale
PIARC . 321 . 05.16.B - 2006
San Bernardino Switzerland 6,600 4 100 4 300
Gubrist Switzerland 3,230 5.1 200 2 300 200 Neuchâtel Est Switzerland 2,610 50 7 210 300
Eggfluh Switzerland 2,800 1.2 50 7 100 300 Ligerz Switzerland 2,480 50 7 300
Leissigen Switzerland 2,200 2*1.2 50 7 250 300 Mont Sagne Switzerland 50
Vue des Alpes Switzerland 50 Vispertal Switzerland 3,250 Frejus France-Italy 13,000 1.00 125 7 110 750
Mont Blanc France-Italy 11,600 1.5 100 6 150 500 Somport France-
Spain 8,608 1.5 100 6 110 600
Caluire France 3,711 1 50 8 80 350 Chamoise France 3,300 1.96 100 5 150 400
Foix France 2,130 1.6 50 8 160 350 Orelle France 3,860 1.60 100 7 110 600
Puymorens France 4,820 1 200 3 96 400 Toulon France 2,969 2 50 8 110 350
Cointe/Amont Belgium 1,639 3.73 50 8 200 350 Cointe/Aval Belgium 1,511 3.73 50 8 200 350
Table 12.4.3 - Smoke dampers – Systems under construction
Tunnel
Location
Length (m)
Damper section
(m²)
Interdistance(m)
Number of dampers
opened
Total extracted flow
(m3/s)
Length between first and last open
damper (m)
Tauern 2nd tube
Austria 6,400 12 100 1 Min 120 -
Katschberg 2nd tube
Austria 5,600 12 100 1 Min 120 -
Plabutsch 2nd tube
Austria 10,000 12 100 1 Min 120 -
A86 Ouest France 10,000 8 4001 1 92 400 Flüelen Switzerland 2,810 200 Aescher Switzerland 2,200 100 3 220 200
Kirchenwald Switzerland 1,800 100 3 220 200 Uetliberg Switzerland 4,500 Gorgier Switzerland 2,750 50 7 300 Sissach Switzerland
Flims Switzerland 4 100 4 200 300 Gotschna Switzerland 4,200 2.6 70 200
Note: (1) Tunnel for VL in longitudinal system
AIPCR . 322 . 05.16.B - 2006
Tableau 12.4.4 - Trappes d’extraction des fumées – Systèmes en projet
Tunnel
Situation Longueur
(m) Section
des trappes
(m²)
Distance(m)
Nombre de trappes ouvertes
Débit total extrait (m3/s)
Longueur entre la première et la dernière trappe
ouverte (m) Lioran France 1515 2 6 164 500
Maurice Lemaire
France 6950 1,5 100 6 110 500
Siaix France 1590 2 100 6 166 500 Graitery Suisse 2490
Choindey Suisse 2870 Islisberg Suisse 4890
Sonnenberg1 Suisse 1830 4 100 3 200 200 Bözberg1 Suisse 3200 4 100 3 220 200
Milchbuck1 Suisse 1800 Gubrist1 Suisse 3230 5.29 100 3 220 200 Crapteig1 Suisse 2200 2*4 90 2*3 520 180
Saas Suisse 2400 2,6 70 Isla Bella1 Suisse 2100 2,6 100 3 200 Roveredo Suisse 2300 2,6 100 3 150 200
Note : (1) tunnel existant
12.5 Résultats de l’enquête – Dispositions d’urgence pour les
ouvrages routiers confinés Le Groupe de travail 6 a réalisé une enquête pour avoir un aperçu des normes nationales, des types d’itinéraires de déviation, de l’utilisation des abris, de la signalisation pour les itinéraires de déviation et des systèmes d’alarme en tunnel. Cette enquête concernait également des dispositions d’évacuation, l’éclairage et les panneaux, la ventilation, les systèmes de détection incendie/fumée, les systèmes et les procédures d’alerte en cas d’accident. Des informations ont été fournies par l’Autriche, la Finlande, la France, le Japon, la Norvège, la Suède, la Suisse et les Pays-Bas. Les résultats détaillés de l’enquête sont donnés dans les tableaux ci-après. Il faut noter que, dans certains cas, les informations dépendent d’une situation ou d’un tunnel spécifique. Dans ce cas, c’est la réponse la plus courante pour le pays qui a été retenue.
PIARC . 323 . 05.16.B - 2006
Table 12.4.4 - Smoke dampers – Planned systems
Tunnel
Location Length
(m) Damper section
(m²)
Interdistance(m)
Number of dampers
opened
Total extracted flow
(m3/s)
Length between first and last open
damper (m)
Lioran France 1515 2 6 164 500 Maurice Lemaire
France 6950 1.5 100 6 110 500
Siaix France 1590 2 100 6 166 500 Graitery Switzerland 2490
Choindey Switzerland 2870 Islisberg Switzerland 4890
Sonnenberg1 Switzerland 1830 4 100 3 200 200 Bözberg1 Switzerland 3200 4 100 3 220 200
Milchbuck1 Switzerland 1800 Gubrist1 Switzerland 3230 5.29 100 3 220 200 Crapteig1 Switzerland 2200 2*4 90 2*3 520 180
Saas Switzerland 2400 2.6 70 Isla Bella1 Switzerland 2100 2.6 100 3 200 Roveredo Switzerland 2300 2.6 100 3 150 200
Note: (1) existing tunnel
12.5 Enquiry Results – Emergency Provisions for Enclosed Road
Structures An enquiry was conducted by Working Group 6, to provide an overview of national standards, kinds of escape routes, use of shelters, lighting of escape routes, signage for escape routes and warning systems in tunnels. Also address were escape provisions, lighting and signs, ventilation, systems for fire/smoke detection, warning systems and procedures during an accident. Information was provided by Austria, Finland, France, Germany, Japan, Norway, Sweden, Switzerland and The Netherlands. The detailed results of the enquiry are presented in the following tables. It should be noted that in some cases, the information depends on the situation or on a specific tunnel. In this case, the most common answer for that country has been presented.
AIPCR . 324 . 05.16.B - 2006
Tableau 12.5.1 - Dispositions d’évacuation utilisées Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède Suisse Pays-Bas Galeries distinctes du tube du tunnel
Oui Non Oui Exception-nel
Oui Non Oui3 Oui Oui5
Liaisons vers le tube de tunnel
Oui Non Oui Normal Oui Oui Oui Oui Oui
Chemin piétons au niveau chaussée
Non Non Oui Non Oui Oui Oui4 Non Non
Chemin piétons plus haut que la chaussée (distance au-dessus de la chaussée)
15 cm 10-15 cm
10-15 cm
7-10 cm 25 cm 2
No No 18 cm Yes6
Abris Non Oui Non Non Non Non Non Non Autres dispositions Oui7 Oui1
Notes : (1) évacuation directe vers l’extérieur lorsque la distance entre la chaussée et le sol est inférieure
à 15 m (2) le plus souvent environ 25 cm, mais peut varier en fonction du type de tunnel (3) dans un petit nombre de tunnels (4) seulement dans les tunnels à faible trafic (5) standard (6) seulement dans 2 anciens tunnels (7) via gaine d’air frais au-dessus du plafond
Tableau 12.5.2 - Dispositions d’évacuation prescrites
Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède Suisse Pays-Bas
Galeries distinctes du tube du tunnel
Oui Oui1 Oui Exceptionnel Voir Note (3)
Non7 Oui4 Dans certains
cas
Oui5
Liaison vers le tube du tunnel
Oui Oui Oui Normal Voir Note (3)
Oui Oui4 Oui Oui5
Chemin piétons au niveau de la chaussée
Non Oui Non Voir Note (3)
Oui Oui4 Non Non
Chemin piétons plus haut que la chaussée (distance au-dessus de la chaussée)
15 cm 10-15 cm
10-15 cm
7-10 cm Non Non Non 18 cm Non6
Abris Non Oui Non Non Non Oui4 Non Non Autres dispositions Oui Oui2
Notes : (1) dans les tunnels de grande longueur si la sortie par un tunnel parallèle n’est pas possible (2) évacuation directe vers l’extérieur lorsque la distance entre la chaussée et le sol est inférieure
à 15 m (3) dans la norme, l’itinéraire d’évacuation à mettre en place en fonction de la longueur du tunnel et
du volume de circulation est prescrit, mais le type de passage d’évacuation tel que galeries, liaisons vers le tube parallèle, etc., n’est pas prescrit. Cela est déterminé en fonction du type et de la longueur du tunnel, du trafic, etc. Pour certains tunnels bidirectionnels de plus de 3000 m à fort trafic, des itinéraires d’évacuation supplémentaires sont prévus.
(4) le dimensionnement des itinéraires d’évacuation dépend de l’analyse de risque et du type de trafic du tunnel spécifique. Il n’est donc pas possible de dire d’une façon générale quels sont les types d’itinéraires d’évacuation, leur dimension et leur situation. Le code Tunnel 99 donne des règles générales à suivre et la charge d’incendie qui sert de base pour le dimensionnement des itinéraires d’évacuation.
PIARC . 325 . 05.16.B - 2006
Table 12.5.1 - Escape provisions used Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden Switzerland NetherlandsCorridors apart from tunnel tube
Yes No Yes Exceptional Yes No Yes3 Yes Yes5
Connections to parallel tunnel tube
Yes No Yes Normal Yes Yes Yes Yes Yes
Walking path at road level
No No Yes No Yes Yes Yes4 No No
Walking path higher than road level (distance above road level)
15 cm 10-15 cm
10-15 cm
7-10 cm 25 cm 2 No No 18 cm Yes6
Shelters No Yes No No No No No No Other provisions Yes7 Yes1
Notes: (1) direct escaping to outside when distance between road and ground surface is less then 15m
(2) mostly about 25 cm, but can vary depending on tunnel type (3) in a few tunnels (4) only in low trafficked tunnels (5) standard (6) only in 2 older tunnels (7) via fresh air duct above ceiling
Table 12.5.2: Escape provisions prescribed
Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden Switzerland Netherlands
Corridors apart from tunnel tube
Yes Yes1 Yes Exceptional See Note (3)
No7 Yes4 In some cases
Yes5
Connections to parallel tunnel tube
Yes Yes Yes Normal See Note (3)
Yes Yes4 Yes Yes5
Walking path at road
No Yes No See Note (3)
Yes Yes4 No No
Walking path higher than road level (distance above road level)
15 cm 10-15 cm
10-15 cm
7-10 cm No No No 18 cm No6
Shelters No Yes No No No Yes4 No No Other provisions Yes8 Yes2
Notes: (1) in longer tunnels if exit to parallel tunnel is not possible (2) direct escaping to outside when distance between road and ground surface is less then 15m
(3) in the standard, the escape route which should be placed depending on the tunnel length and traffic volume
is prescribed, but the type of escape passage such as escape corridors, escaping through connections to parallel tunnel tube etc. is not prescribed. This is determined according to the tunnel type and length, traffic, etc. For some bi-directional tunnels longer than 3,000 m with heavy traffic additional escape routes are provided.
(4) the design of escape routes for a tunnel is dependent upon the risk analysis and type of traffic of the specific tunnel. It is therefore not possible to say in general what types of escape routes, size and location should be used. The code Tunnel 99 gives general rules to follow and the fire load to use for designing escape routes.
AIPCR . 326 . 05.16.B - 2006
(5) fondamentalement le dimensionnement des itinéraires d’évacuation dépend de l’analyse de risque, y compris la charge d’incendie prévue et le type de trafic du tunnel spécifique.
(6) normalement non utilisé ; supprimé dans les tunnels existants en raison d’accidents (7) dans certains pays on utilise la ventilation longitudinale ; la partie du tunnel non enfumée peut
être considérée comme un itinéraire d’évacuation (8) tunnel en tranchée couverte ; escaliers vers le niveau du sol
Tableau 12.5.4 - Dispositions françaises concernant les abris de sécurité
Abris Utilisés seulement en France dans les anciens tunnel de montagne Dimensions minimales Surface : 50 m2 ; Largeur : 4 m ;
Hauteur : 2.2 m ; Hauteur moyenne : 2,5 m Temps maximum de sécurité 2 heures Distance max. entre les abris 200 m dans les tunnels urbains, 400 m dans les autres tunnels Séparation physique par rapport au tunnel
Par portes formant un sas d’au moins 5 m2, dim.0,9 x 2 m, possibilité de passer un brancard de dimensions 0.7 x 2.3 m
Résistance température/temps 2 heures avec courbe température-temps augmentée pour matières dangereuses
Autres Les abris doivent être reliés à l’extérieur par une voie d’évacuation protégée du feu. On peut utiliser pour cela une gaine de ventilation, pourvu que cette gaine soit utilisée pour la fourniture d’air frais dans le tube du tunnel et que la vitesse de l’air à l’intérieur soit maintenue à une faible valeur pendant l’incendie. L’itinéraire d’évacuation doit avoir au minimum 1,5 m de haut et 1,4 m de large, avec au centre une section de 2 m de haut minimum sur 0,9 m de large, il doit permettre le passage d’un brancard de 0,7 m de large et 2,3 m de haut. Les voies d’évacuation des abris vers l’extérieur ne peuvent pas être utilisées par les usagers se trouvant dans les abris sans être guidés par les secours.
Tableau 12.5.5 : Galeries distinctes du tube
Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède Suisse Pays-Bas Dimensions libres
3,5 x 3,6 m 1,2 m 1,4 x 2,2 m2a
2,25 x 2,25 m
1,5 x 2,1 m
3 x 3 m 2,0 x 2,5 m
3,5 m diam.
1,2 x 2,1 m
Distance max. entre les entrées
500 100 m 200m urbain ;400m non urb.
300 m Dépend du tunnel
250 m 100 m princip ; 150 m rampe
300 m Voir Note (5)
Séparée physiquement du tunnel
Oui Oui Voir Note (2b)
Oui Oui Oui Oui Oui Oui
Dimensions libres portes / entrées
1,0 x 2,2 m 1,2 x 2,1 m
0,9 x 2,0 m
1,0x2,0m Voir Note 1
Non donné
0,9 m 1,5 x 2,1 m
0,75 x 2,0 m
Portes normalement verrouillées
Non Non Non Non Non Non Non Non Oui6
Résistance température/ temps des portes
90 min 2 heures 2 heures
90 min4 Face arrière <925oC après 1 heure
Non donné
90 min4 Non spécifié
2 heures / 1350oC
Longueur max. des galeries vers l’extérieur
Non spécifié Voir Note (1)
Voir Note (1)
Nouvelles directives
Voir Note (1)
Non donné
Non spécifié
Non spécifié
Voir note (1)
PIARC . 327 . 05.16.B - 2006
(5) basically the design of escape routes for a tunnel is dependent upon the risk analysis, including the expected fire load and type of traffic of the specific tunnel.
(6) normally not used; in existing tunnels removed because of accidents (7) in some countries longitudinal ventilation is used; the smoke free part of tunnel tube itself can be seen as an
escape route (8) cut-and-cover tunnel; staircases to ground level Table 12.5.4 - French safety shelter provisions
Shelters Only used in France in older long tunnels through mountains Minimal dimensions Area: 50 m2; Width: 4 m;
Height: 2.2 m; Mean height: 2.5 m Maximum time of safe use 2 hours Max. distance between shelters 200 m in urban tunnels, 400 m in other tunnels Physically separated from tunnel By doors forming an airlock of at least 5 m2, dim.0.9 x 2 m, passage of
stretcher with dimensions 0.7 x 2.3 m possible Temperature/time resistance
2 hours with the increased dangerous goods temperature-time curve
Other Shelters must be connected to the outside by an escape route protected from the fire. A ventilation duct can be used for this purpose, provided that duct is used to supply fresh air in the tunnel tube and that the air velocity inside the duct can be kept at a low value during the fire. The escape route must be minimum 1.5 m high and 1.4 m wide, with at the centre of the section, a minimum height of 2 m on a width of 0.9 m. The dimensions of the access from the shelters to the escape route can be lower, but must allow the passage of a stretcher of 0.7 m width and 2.3 m height. Escape routes from shelters to the outside cannot be used by people located in the shelters without being guided by the rescue forces.
Table 12.5.5 - Corridors separated from tube
Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden Switzerland Netherlands Free dimensions
3.5 x 3.6 m
1.2 m 1.4 x 2.2 m2a
2.25 x 2.25 m
1.5 x 2.1 m
3 x 3 m 2.0 x 2.5 m
3.5 m diam. 1.2 x 2.1 m
Max. distance between entries
500 100 m 200m urban; 400m nonurb.
300 m Depends on tunnel
250 m 100 m main; 150 m ramp
300 m See Note (5)
Physically separated from tunnel
Yes Yes See Note (2b)
Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Free dimensions doors / entries
1.0 x 2.2 m
1.2 x 2.1 m
0.9 x 2.0 m
1.0x2.0m See Note 1
Not given
0.9 m 1.5 x 2.1 m 0.75 x 2.0 m
Doors normally locked
No No No
No No No No No Yes6
Temperature/ time resistance of doors
90 min 2 hours 2 hours3
90 min4 Backside <925oC after 1 hour
Not given
90 min4 Not specified
2 hours / 1,350oC
Max length of corridors to outside
Not specified
See Note (1)
See Note (1)
New Guidelines
See Note (1)
Not given
Not Specified
Not specified
See Note (1)
AIPCR . 328 . 05.16.B - 2006
Notes : (1) dépend de la situation (2a) liaisons entre les tunnels 1,8 x 2,2 m avec portes 1,4 x 2,2 m (2b) si possible, les galeries sont séparées du tunnel par des sas de 5 m2 minimum (3) avec courbe matières dangereuses augmentée pour les portes et les parois, délai de 1 heure
pour les portes avec communication directe vers l’extérieur (4) avec courbe ISO (5) dépend de l’analyse de risque (6) dans les conditions existantes, sera change en non-verrouillé
Tableau 12.5.6 - Eclairage, panneaux, ventilation, détection incendie/fumée, systèmes d’alerte
Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède Suisse Pays-Bas Normes RVS 9.27 EN 1838 DIN
67 524 Requises
dans tout tunnel éclairé
Voir Note (1)
EN 1838
Eclairage dans le tunnel
2 lux min. ; 10 lux moyenne
En cas d’incendie niveau normal
Tous les 4 ou 5 luminaires
2 lux En cas d’incendie niveau max.
En cas d’incendie niveau max.
Eclairage dans les galeries
1 cd/m2 1 lux 5 lux sorties
2 lux min. ; 10 lux moyenne
10 lux/ 20 lux
2 lux 10 lux
Eclairage dans abris
150 lux
Fourniture en courant
Ininter-rompu
Fiable Ininter-rompu
Ininter-rompu
Ininter-rompu
Ininter-rompu
Ininter-rompu
Durée d’alimenta-tion de secours
1 heure 2 heures 2 heures 2 heures
Hauteur de l’éclairage
1 m au-dessus du sol, tous les 10 m
1 m au-dessus du sol
0,5 to 1,0 m au-dessus du sol, tous les 20 m
0,5 m Près du plafond
Mise en route
Toujours en fonction
Toujours en fonction
Automati-que après perte de l’alimen-tation normale et détection de l’incendie
Automati-que après perte de l’alimenta-tion normale et détection de l’incendie
Automatique après perte de l’alimen-tation normale et détection de l’incendie
Note : (1) Une nouvelle norme est en cours de rédaction
PIARC . 329 . 05.16.B - 2006
Notes: (1) depends on situation (2a) connections between tunnels 1.8 x 2.2 m with doors 1.4 x 2.2 m (2b) if possible, corridors are separated from the tunnel tube through airlocks of 5 m2 minimum (3) with increased dangerous goods curve for both doors and walls, time is 1 hour for doors direct
communication to outside (4) with ISO curve (5) depends on risk analysis (6) in existing situation, will be changed in not-locked
Table 12.5.6 - Lighting, signs, ventilation, fire/Smoke detection, warning systems
Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden Switzerland NetherlandsStandards RVS
9.27 EN 1838 DIN 67
524 Required in
every tunnel that
is lit
See Note (1) EN 1838
Lighting in tunnel tube
2 lux min.; 10 lux mean
In case of fire normal level
Every 4th or 5th light
2 lux In case of fire max. level
In case of fire max.
level
Lighting in corridors
1 cd/m2 1 lux 5 lux exits
2 lux min.; 10 lux mean
10 lux/ 20 lux
2 lux 10 lux
Lighting in shelters
150 lux
Power supply
Uninter-ruptable
Reliable Uninter-ruptable
Uninter-ruptable
Uninter-ruptable
Uninter-ruptable
Uninter-ruptable
Duration of
emergency power
1 hour 2 hours 2 hour 2 hours
Height of lighting
1 m above floor, every 10 m
1 m above floor
0.5 to 1.0 m above floor, every 20 m
0.5m Near ceiling
Switching Always in
function
Always in
function
Automatic after loss of
normal power
supply and detection of
fire
Automatic after loss of
normal power supply and detection of
fire
Automatic after loss of
normal power
supply and detection of
fire
Note: (1) A new standard is coming
AIPCR . 330 . 05.16.B - 2006
Tableau 12.5.7 - Panneaux pour les itinéraires d’évacuation Autriche Itinéraires d’évacuation, emplacement des extincteurs, à signaler par signalisation
spécifique. Les panneaux doivent être éclairés de l’intérieur et en permanence. Finlande Panneaux de sortie placés normalement (au-dessus des portes et au plafond) et à 1 m du
sol. Les panneaux de sortie sont décrits dans la norme (petit homme blanc sur fond vert). SFS-EN 1838 Annexe A + décision du Ministère de l’Intérieur finlandais
France Itinéraires d’évacuation, emplacement des extincteurs, garages, abris doivent faire l’objet d’une signalisation spécifique. Les panneaux indiquant l’emplacement des téléphones, des itinéraires d’évacuation et des extincteurs sont éclairés en permanence. Les panneaux placés sur les piédroits du tunnel pour indiquer la direction à suivre et la distance jusqu’à l’itinéraire d’évacuation sont souvent réfléchissants ou photo-luminescents.
Allemagne Emplacement : conforme à RABT, illustrations 1 à 3 Pictogramme blanc sur fond vert : personne courant, flèche pointée dans la direction de la porte d’évacuation la plus proche. Appliqué sous forme de feuille lumineuse ou de panneau de circulation éclairé Mis en route uniquement en cas d‘accident
Japon Les panneaux pour l’itinéraire d’évacuation dépendent du tunnel. Ci-dessous un des exemples adoptés dans la plupart des tunnels. Emplacement : sur la paroi Dimensions : largeur 400 mm x longueur 1 200 mm Couleur : vert Type de pictogrammes : le panneau donne la distance/direction vers la sortie ou l’itinéraire d’évacuation, la position où l’on se trouve et d’autres informations Hauteur : environ 1,5 m au-dessus de la chaussée Visibilité : on adopte aussi bien le type éclairé de l’intérieur que le type à réflexion
Norvège Taille minimum : 400 mm x 400 mm Panneaux EXIT fluorescents, à monter parallèlement sur la paroi, mais non éclairés. Les autres panneaux doivent être montés à angle droit par rapport à la chaussée et éclairés en permanence.
Suède Tunnel 99 ne donne que des règles générales concernant les panneaux. Le dimensionnement spécifique aux tunnels dépend des exigences du dimensionnement et de l’analyse des risques. Tunnel 99 fait référence aux règles données par le National Board of Occupational Safety and Health of Sweden. Si les panneaux sont éclairés de l’intérieur, ils le sont en permanence.
Suisse Au-dessus de la porte : panneaux éclairés de l’intérieur montrant un homme en train de fuir, en blanc sur fond vert. Mêmes panneaux sur la porte (luminescent). Mêmes panneaux tous les 50 m sur les parois du tunnel, avec indication de la distance sur la gauche et la droite. Si les panneaux sont éclairés de l’intérieur, ils le sont en permanence.
Pays-Bas Au-dessus de la porte et dans les galeries d’évacuation : panneaux éclairés de l’intérieur, homme en train de fuir, blanc sur fond vert. Dimensions : 100 mm x 300 mm Mis en route uniquement en cas d’accident.
PIARC . 331 . 05.16.B - 2006
Table 12.5.7 - Signs for escape routes Austria Escape routes, location of extinguishers, must be signalised by a specific signalisation.
Signs should be internally lightened and are switched on continuous. Finland Exit signs are placed normally (above the doors and to the ceilings) and to the height of
1 m from the floor. Exit signs are described in the standard (little white man on green background you know). SFS-EN 1838 Appendix A + decision of Finnish Ministry of Interior.
France Escape routes, location of extinguishers, garages shelters must be signalised by a specific signalisation. Signs indicating the locations of phones, escape routes and extinguishers are permanently lightened. Signs placed on the lateral walls of the tunnels to indicate the direction to follow and the distance to escape routes are often reflective or photoluminescent.
Germany Placement: conform RABT, pictures 1 to 3 White pictogram on green background: running person, arrow pointing in the direction of the nearest escape door Applied as luminous foils or lightened traffic sign Only switched on when an accident occurs
Japan Signs for escape routing varies depending on the tunnel. The following answer is one of the examples adopted in most of the tunnels. Place: on the side wall Size: width 400 mm x length 1,200 mm Color: green Kind of pictograms: The sign shows the distance/direction to an exit or evacuation route, the current position, and other information. Height: about 1.5 m above road surface Visibility: Both the internally lightened type and the reflection type are adopted.
Norway Minimum size: 400 mm x 400 mm Fluorescent EXIT signs should be mounted parallel to the tunnel wall but should not be illuminated. The other signs should be mounted on right angles to the carriageway and be illuminated, and switched on continuous.
Sweden Only general rules for signs are given in Tunnel 99. The specific design of tunnels is formed depending on the design requirements and the risk analysis. A reference is made, in Tunnel 99, to rules for signs by the National Board of Occupational Safety and Health of Sweden If signs are internally lightened, is the lighting switched on continuous.
Switzerland Over the door: internally lightened signs of an escaping man, white on green ground. Same signs on the door (luminescent). Same signs each fifty meters on tunnel walls, with distance indication left and right. If signs are internally lightened, is the lighting switched on continuous.
Netherlands Over the door and in escape corridors: internally lightened signs of an escaping man, white on green ground. Size: 100 mm x 300 mm Only switched on when an accident occurs
Tableau 12.5.8 - Ventilation Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède1 Suisse Pays-Bas Type en tunnel uni- directionnel
Long3
Transv4 Long3
Transv4 Semi-T5
Long3 Long3 Voir note (2) Long3
Type en tunnel bi-directionnel
Transv4 Transv4 Long3 Transv4 Semi-T5
Long3 Voir Note (2)
Utilisation de trappes
Oui Oui, tunnels urbains divisés en cantons ne dépassant pas 800m
A l’étude Voir Note (2)
Galeries d’évacuation / abris
Sur-pression
Sur-pression 10 Pa
Surpression 80 Pa
Sur-pression
Fermeture auto6 des portes et/ou utilisation de doubles portes
Sur-pression Fermeture auto6
des portes et/ou utilisation de doubles portes
Surpression Surpression
Contrôle des conditions normales
Par mesure d’extinction de lumière
CO Visibilité
Détection CO, NO2 ou visibilité
Par mesure d’extinction de lumière
Détection CO ou visibilité
Contrôle des conditions d’incident
Auto6 par détecteurs incendie ou vidéo
Manuel par opérateur / pompiers
Mise en route par ouverture des portes d’évacuation
Auto6 par détecteurs incendie ou Manuel par opérateur/pompiers
Auto6 par détecteurs incendie ou Manuel par opérateur
Détection CO, NO2 ou visibilité
Dépend des conditions en tunnel, décision prise en commun avec pompiers locaux
Auto6 par détecteurs incendie ou Manuel par opérateur/ pompiers
Manuel par opérateur/ pompiers
Autres Infos assistées par ordinateur sur les conditions externes de vent
Trappes à l’étude Infos assistées par ordinateur sur les conditions extérieures de vent
Table 12.5.8 - Ventilation Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden1 Switzerland Netherlands Type in uni- directional tunnels
Long3
Transv4
Long3 Transv4 Semi-T5
Long3 Long3 See Note (2) Long3
Type in bi-directional tunnels
Transv4 Transv4 Long3 Transv4 Semi-T5
Long3 See Note (2)
Use of dampers Yes Yes, urban tunnels divided in sections not longer than 800m
Under study See Note (2)
Escape corridors / shelters
Over-pressure Over-pressure 10 Pa
Over-pressure 80 Pa
Over-pressure Auto6 closing doors, and/or using double doors
Over-pressure
Auto6 closing doors, and/or using double doors
Over-pressure
Over-pressure
Controlling normal situation
By light extinction measurement
CO Visibility
CO, NO2 or visibility detection
By light extinction measure- ment
CO or visibility detection
Controlling incident situation
Auto6 by fire detectors or video processing
Manual by operator / fire brigade
Switching on by opening escape doors
Auto6 by fire detectors or Manual by operator/ fire brigade
Auto6 by fire detectors or Manual by operator
CO, NO2 or visibility detection
Depends on tunnel situation, decision together with local fire brigade
Auto6 by fire detectors or Manual by operator/ fire brigade
Manual by operator / fire brigade
Other Computer aided info about external wind
Dampers are studied
Computer aided info about external wind
AIPCR . 334 . 05.16.B - 2006
Notes : (1) Le système de ventilation en cas d’incendie doit être dimensionné pour que les itinéraires
d’évacuation et les abris restent exempts de fumée et de gaz toxiques en cas d’incendie (2) Nouvelles réglementations à l’étude (3) Long = Longitudinal (4) Transv = Transversal (5) Semi-T = Semi-Transversal (6) Auto = Automatique
Tableau 12.5.9 - Détection incendie/fumée
Autriche Finlande France1 Allemagne Japon Norvège Suède3 Suisse Pays-Bas
Détection sur base chimique
Oui
Détection basée sur visibilité
Oui Oui Oui Oui
Détection basée sur température
Oui Oui, préférée4
Oui
Détection basée sur rayonnement
Oui Oui
Détection basée sur arrêt
Oui Oui Oui Oui Oui
Détection basée sur opérateur CCTV
Oui Oui Oui Oui
Détection basée sur traitement image CCTV
Oui En cours de mise au point
Notes : (1) Un système de détection incendie n’est requis qu’en cas d’absence de surveillance humaine et si les
ordres d’extraction des fumées sont différents de ceux appliqués dans le cas d’une forte pollution dans le tunnel. Il n’existe aucune directive quant au type de système de détection à installer dans le tunnel.
(2) Aucunes dispositions dans les tunnels à faible densité de circulation. (3) Un système de détection incendie sera installé dans les tunnels. Spécifique pour chaque tunnel. Ce
système sera par cantons et coordonné au contrôle des fumées. Le système de détection incendie dans la zone de circulation couvrira toute la longueur du tunnel. Une détection incendie dans les « zones annexes » (c’est-à-dire ni pour la circulation ni pour l’évacuation) du tunnel peut se faire par détection des fumées ou de la chaleur.
(4) Calibrée pour réagir à un incendie de 20 litres d’essence / 4 m2
PIARC . 335 . 05.16.B - 2006
Notes: (1) Fire ventilation system shall be designed so that escape routes and shelters are kept free of smoke and
toxic gases in case of a fire (2) New regulations under investigation (3) Long = Longitudinal (4) Transv = Transverse (5) Semi-T = Semi-Transverse (6) Auto = Automatic
Table 12.5.9 - Fire/smoke detection
Austria Finland France1 Germany Japan Norway2 Sweden3
Switzerland Netherlands
Chemical based
detection
Yes
Visibility based
detection
Yes Yes Yes Yes
Temperature based
detection
Yes Yes, preferred4
Yes
Radiation based
detection
Yes Yes
Stand still based
detection
Yes Yes Yes Yes Yes
CCTV operator based
detection
Yes Yes Yes Yes
CCTV image processing detection
Yes In development
Notes: (1) A fire detection system is only required when there is no human permanent surveillance and the smoke
exhaust ventilation’s orders are different from these applying in the case of high pollution in the tunnel. There is no prescription of the type of detection system to install in the tunnel.
(2) In tunnels with low traffic density no provisions. (3) A fire detection system shall be installed in tunnels. It is custom made for each tunnel. The system shall be
in sections and coordinated with the system for smoke control. Fire detection system in the trafficked area of a tunnel shall cover the entire tunnel length. Fire detection in “side areas (i.e. area not for traffic or escape routes)” of the tunnel can be made with smoke or heat detection.
(4) Calibrated to respond to a fire size of 20 liter gasoline / 4 m2
AIPCR . 336 . 05.16.B - 2006
Tableau 12.5.10 - Systèmes d’alerte Autriche Système de haut-parleurs, instructions par l’opérateur du tunnel ou les secours Finlande Panneaux de circulation (visuel) France Système de haut-parleurs dans les abris uniquement, instructions par l’opérateur du tunnel ou les secours
Signalisation à l’extérieur du tunnel pour en interdire l’accès (env.50 m avant l’entrée) pour tous les tunnels. Les tunnels de plus de 800 m ont des barrières physiques et des panneaux à message variable aux entrées. Les tunnels de plus de 1000 m ont en outre des feux de circulation (arrêt) et des panneaux à message variable à l’intérieur du tunnel tous les 800 m
Allemagne Système de haut-parleurs, instructions par l’opérateur du tunnel ou les secours Systèmes visuels tels que feux de circulation, panneaux à message variable
Japon Système de haut-parleurs, instructions par l’opérateur du tunnel ou les secours Systèmes visuels tels que feux de circulation, panneaux à message variable
Norvège Signaux de voie et feux de circulation Barrières physique aux entrées (non requises pour les tunnels à faible trafic)
Suède Système d’alarme pour informer les usagers des itinéraires d’évacuation. Le système doit avoir au moins 2 types différents de signaux – lumineux et sonore. Exemples de systèmes possibles : panneaux à message variable, haut-parleurs, informations par interruption de l’autoradio et mise en route de feux rotatifs sur les portes d’évacuation
Suisse Informations par interruption de l’autoradio (police) Pays-Bas Système de haut-parleurs, instructions par l’opérateur du tunnel ou les secours
Systèmes visuels tels que feux de circulation, panneaux à message variable, signaux de voie Informations par interruption de l’autoradio Barrières physiques et panneaux à message variable aux entrées.
PIARC . 337 . 05.16.B - 2006
Table 12.5.10 - Warning systems
Austria Loudspeaker system, instructions by tunnel operator or rescue forces Finland Traffic signs (visual) France Loudspeaker system only in shelters, instructions by tunnel operator or rescue forces
Traffic lights outside the tunnel to forbid access to the tunnel (about 50 m before the entry) for all tunnels. Tunnels longer than 800 m also have physical barriers and variable message signs installed at tunnel portals. Additionally tunnels longer than 1,000 m have traffic lights (stop lights) and variable message signs inside the tunnel every 800 m
Germany Loudspeaker system, instructions by tunnel operator or rescue forces Visual systems like traffic lights, variable message panels
Japan Loudspeaker system, instructions by tunnel operator or rescue forces Visual systems like traffic lights, variable message panels
Norway Lane signals and traffic lights, Physical barriers installed at tunnel portals (not required for low-traffic tunnels)
Sweden Warning system to give people information of when to escape required. The system must have at least 2 different types of signal of light and sound. Examples of systems that may be used are: variable information signs, loud speakers, information to car radios by interruption and activation of rotation light by escape doors.
Switzerland Information to car radios by interruption (police) Netherlands Loudspeaker system, instructions by tunnel operator or rescue forces.
Visual systems like traffic lights, variable message panels, lane signals. Information to car radios by interruption. Physical barriers and variable message panels installed at tunnel portals.
AIPCR . 338 . 05.16.B - 2006
Tableau 12.5.11 - Organisation en cas d’incident Autriche Finlande France Allemagne Japon Norvège Suède Suisse Pays-Bas Alerte automatique de l’opérateur du tunnel
Oui Oui Oui Oui Voir Note (1) Voir Note (1) Oui Oui
Alerte du centre incendie/ alarme par :
Opérateur Opérateur Voir Note (1) Voir Note (1) Opérateur Opérateur
Instructions aux usagers par :
Opérateur/ secours
Opérateur Opérateur/police
Opérateur Voir Note (1) Voir Note (1) Opérateurpolice
Opérateur/police
Mise en route de la ventilation du tunnel
Auto2 Manuelle Auto2 en l’absence de surveillance humaine et si l’extraction de fumée est différente du niveau haut de pollution
Auto2 Auto2 Voir Note (1) Voir Note (1) Auto2 Manuelle
Mise en route de l’éclairage d’évacuation
Auto2
(si non éclairé normale-ment
Eclairé en perma-nence
Eclairé en perma-nence
Auto2 Auto2 Voir Note (1) Voir Note (1) Auto2 Manuelle
Déverrouillage des portes d’évacuation
Non verrouillé
Non verrouillé
Non verrouillées
Auto2 Non verrouillées
Voir Note (1) Voir Note (1) Auto2 Manuelle
Notes : (1) dépend de la situation et est définie dans le plan d’urgence (2) Auto = Automatique
PIARC . 339 . 05.16.B - 2006
Table 12.5.11 - Organisation during an incident Austria Finland France Germany Japan Norway Sweden Switzer-
land Nether- lands
Automatic warning of tunnel operator
Yes Yes Yes Yes See Note (1) See Note (1) Yes Yes
Warning of fire/alarm centre by:
Operator Operator See Note (1) See Note (1) Operator Operator
Instructions to road users by:
Operator/ rescue forces
Operator Operator/ police
Operator See Note (1) See Note (1) Operator/police
Operator/ police
Switching of tunnel ventilation
Auto2 Manually Auto2 if no human surveillance and smoke exhaust is different from high pollution exhaust
Auto2 Auto2 See Note (1) See Note (1) Auto2 Manually
Switching of escape lighting
Auto2 (if normally not lighted)
Continuous lighted
Continuous lighted
Auto2 Auto2 See Note (1) See Note (1) Auto2 Manually
Unlocking escape doors
Not locked Not locked Not locked Auto2 Not locked See Note (1) See Note (1) Auto2 Manually
Notes: (1) depends on situation and is defined in emergency plan (2) Auto = Automatic
AIPCR . 340 . 05.16.B - 2006
12.6 Impact sonore des accélérateurs En présence d’un niveau sonore de 98 à 100 dB(A), des personnes distantes de 50 à 60 cm ne peuvent communiquer qu’en criant. Des niveaux sonores élevés occasionnent également des dommages auditifs : une personne soumise à 100 dB(A) souffrira de dommages auditifs permanents après environ 5 minutes, et une personne soumise à 90 dB(A) souffrira de dommages auditifs permanents après environ 45 minutes. Les niveaux sonores des accélérateurs peuvent aussi masquer les avis ou les instructions données par des haut-parleurs dans le tunnel en cas d’accident. Bien que les normes varient dans ce domaine, on recommande généralement d’éviter des niveaux sonores durables supérieurs à 90 dB(A) et de ne pas dépasser un niveau sonore maximal de 95 dB(A). Ces niveaux sont acceptables pour les usagers sortis de leurs véhicules, les équipes de secours et le personnel travaillant dans le tunnel. Les itinéraires d’évacuation doivent présenter des niveaux sonores bien moins élevés, par exemple un maximum de 80 dB(A). Les modèles de calcul des niveaux de bruit doivent prendre en compte les caractéristiques sonores des accélérateurs, les coefficients d’absorption des matériaux de revêtement du tunnel, le coefficient élevé de réflexion des parois du tunnel, ainsi que l’absorption du bruit par l’air du tunnel pour des distances supérieures à 100 m. Une réduction significative du niveau sonore peut être apportée par une conception adéquate du système d’accélérateurs et un fini convenable du revêtement de la chaussée, des parois et du plafond. La dimension des atténuateurs phoniques nécessaires dépend du nombre d’appareils par groupe d’accélérateurs, de la taille de ces accélérateurs et du type de revêtement du tunnel. Cependant, dans la pratique courante, la longueur d’un atténuateur de son est normalement de 1,5 à 2 fois le diamètre interne de l’accélérateur. Les expériences ont montré qu’un atténuateur de plus grande longueur améliore légèrement l’efficacité de l’accélérateur. Les accélérateurs émettent des niveaux sonores élevés pour presque toutes les bandes de fréquence, mais celles des 500 Hz, 1 000 Hz et 2 000 Hz sont les plus importantes pour la parole. La transmission de la voix par un système de haut-parleurs sera intelligible si une différence d’au moins 10 dB est maintenue entre le signal parlé et le niveau sonore des accélérateurs aux fréquences ci-dessus, et éventuellement aussi pour 4 000 Hz.
PIARC . 341 . 05.16.B - 2006
12.6 Sound impact of jet-fans At a noise level of 98-100 dB(A), people within a distance of 50-60 cm can only communicate by shouting. High noise levels will also cause ear damage: a person subjected to 100 dB(A) will suffer permanent ear damage after about 5 minutes, and a person subjected to 90 dB(A) will suffer permanent ear damage after about 45 minutes. Jet fan noise levels may also drown out warnings or instructions being transmitted by tunnel loudspeaker systems in the event of an accident. Although standards vary, it is generally recommended to avoid sustained noise levels higher than 90 dB(A), and a maximum noise level up to 95 dB(A). These levels are acceptable for road users who are outside of their vehicles, rescue workers and tunnel personnel. Escape routes should have much lower sound levels, say a maximum of 80 dB(A). Noise level calculation models should take into account the noise characteristics of the jet fan, absorption coefficients of the tunnel lining materials, high order reflections on the tunnel walls, and noise absorption by the tunnel air for distances more than 100 m. Significant noise level reduction can be achieved with proper jet fan system design and suitable finishing of road pavement, walls and ceiling. The size of the required sound attenuators depends on the number of jet fans per cluster, the size of the jet fans, and the tunnel lining type. In common practice, however, sound attenuator length is typically 1.5 to 2 times the internal diameter of the jet fan. Experiments have shown that a longer sound attenuator will slightly improve the jet fan’s efficiency. Jet fans produce high noise levels in almost all frequency bands, but the 500 Hz, 1,000 Hz and 2,000 Hz frequency bands are important for speech. The speech transmission of a loudspeaker system will be intelligible if a difference of at least 10 dB is maintained between the speech signal and the jet fan noise level at these frequencies, and possibly at 4,000 Hz as well.
AIPCR . 342 . 05.16.B - 2006
La Figure 12.6.1 montre la relation entre le bruit émis par un accélérateur et la communication.
Figure 12.6.1 - Niveau de bruit des accélérateurs dans un tunnel
Le niveau de la voix présenté est le niveau maximal recommandé pour un système de haut-parleurs. Un niveau plus élevé rendrait la compréhension difficile pour les usagers. Pour les bandes de fréquence importantes de 500 à 2,000 Hz, la différence entre les niveaux sonores est peu élevée (moins de 10 dB), la transmission de la voix est donc de mauvaise qualité. Dans cet exemple, des atténuateurs phoniques sont nécessaires pour réduire les niveaux de bruit des accélérateurs dans les bandes de fréquence de 500, 1 000 et 2 000 Hz. Le signal parlé peut également être amplifié dans ces mêmes bandes, mais cela demanderait une réduction dans les autres bandes de fréquence, de façon à obtenir le même niveau sonore combiné en dB(A). Considérations acoustiques pour la conception des accélérateurs Il faut veiller à limiter les sources sonores internes d’un accélérateur. Il faut éviter autant que possible les arêtes aiguës et les trous de petites dimensions à l’intérieur de l’appareil, car ils sont une source de bruit pour des vitesses de l’air dans une fourchette de 30 à 40 m/s. Si l’on a recours à des aubes de déflection, il faut veiller au bruit qu’elles produisent. Des aubes plates simples produisent des niveaux sonores élevés dans un jet d’air de 30 à 40 m/s, principalement pour la plage importante de fréquence de 2 000 à 4 000 Hz. On obtient de bons résultats avec des aubes en forme d’ailes. En définitive, plus le nombre d’aubes est grand, plus le bruit produit par l’accélérateur est élevé. Il est donc recommandé de ne pas prévoir plus de 3 ou 4 aubes en avant de la sortie de l’accélérateur.
PIARC . 343 . 05.16.B - 2006
Figure 12.6.1 shows the relationship between jet fan noise and communication.
Figure 12.6.1 - Noise level of jet fans in a tunnel
The speech level shown is the maximum level recommended for a loudspeaker system. A higher level by a loudspeaker system would be difficult for road users to understand. In the important frequency bands of 500 to 2,000 Hz, the difference between the noise levels is small (less than 10 dB), thus the speech transmission is poor. In this example, sound attenuators are needed to reduce the jet fan noise levels in the 500, 1,000 and 2,000 Hz frequency bands. The speech signal could also be amplified in those same bands, but this would require a reduction in the other frequency bands to reach the same dB (A)-combined loudspeaker sound level. Jet Fan Design Noise Considerations Attention must be given to lowering the internal sound sources of the jet fan. Sharp edges and small holes inside the jet fan should be avoided as much as possible, because these are sources of noise when air velocities are in the range of 30-40 m/s. If deflection blades are used, attention should be given to the noise produced by the blades. Simple flat blades in an air stream of 30-40 m/s produce high noise levels, mainly in the important 2,000 – 4,000 Hz frequency range. Good results can be obtained by using wing-formed blades. Finally, the greater the number of blades, the greater the noise produced by the fan. It is therefore recommended to use no more than 3 or 4 blades in front of the jet fan outlet.
SYST
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ELS
05.1
6.B
Le présent rapport complète le rapport AIPCR antérieur « Maîtrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » publié en 1999 et ré-imprimé en 2004. Le présent rapport doit être considéré comme complémentaire au rapport de 1999 [2] puisqu’il complète les informations qui y sont données. En fonction des circonstances, les chapitres de ce document peuvent décrire des phénomènes physiques ou présenter de nouveaux résultats de recherche. Lorsque cela est possible, des recommandations sont dégagées ; dans d’autres cas, il est fait référence à la pratique courante dans quelques pays. En dépit de l’immense somme de données et d’informations contenues dans cet ouvrage, des expériences et recherches complémentaires sont encore nécessaires, compte tenu de l’étendue du sujet et de la complexité des thèmes. Il est donc nécessaire de continuer nos travaux pour parvenir à des directives exhaustives, bien fondées et universellement acceptées. This report complements the previous PIARC report “Fire and Smoke Control in Road Tunnels” published in 1999 and re-printed in 2004. This report should be considered as a companion to the 1999 report [2] as it complements the material contained therein. Depending on the circumstances, the sections in this document may describe physical phenomena or present new research results. Whenever possible, recommendations are drawn; in other cases reference is made to current practice in a few countries. Despite the enormous amount of data and information contained in this book, complementary experience and research are still needed because the field is quite vast and the issues very complex. As a consequence further work will be needed to achieve complete, well-founded and universally accepted guidelines.
AIPCR - ASSOCIATION MONDIALE DE LA ROUTE La Grande Arche - Paroi Nord
92055 LA DEFENSE Cedex - FRANCE Fax : +33 1 49 00 02 02 E-mail : [email protected]
http://www.piarc.org PIARC - WORLD ROAD ASSOCIATION
ISBN : 2-84060-189-3
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