Aanzet tot een berekeningsmethodiek voor in· en extern risico bij tunnels/overkappingen
Aanzet tot een berekeningsmethodiek voor in- en extern risico bij tunnels/overkappingen
Opdrachtgever: Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Goederenvervoer Postbus 20904 2500 EX Den Haag
Ingenieurs/adviesbureau SAVE Postbus 10466 7301 GL Apeldoorn Tel: 055 - 521 71 33 Fax: 055 - 521 43 96
november 1998 982223 - C54
Summary
This report comprises a study into the limitations of the existing risk calculation models for transport in situations with special constructions sueh as road or rail tunnels and screens. The presence of special constructions will affect the risk on the road and in trains (internal risk) and will also influence the risk next to the road or railway track (external risk). In general it appears that in case of a tunnel or closed construction the internal risk is greater than for the open field situation. For the external risks it is just the ether way around. For the transport of goods by trucks or railcars, the concepts of intern al and extern al risk are used as risk measures in the safety evaluations of routes and their surroundings, This report gives on overview of the effects that are considered to play a relevant role. Suggestions for a number of adaptations of existing models are made to aceomedate for these effects. Issues for further research are identified. For evaporation and dispersion in tunnels it was found that with relatively simple adaptations useful models ean be obtained, Suggestions have been made for modelling the effect of sereens on dispersion, for smoke and heat dispersion in tunnels and for the external risk of explosions . in closed constructions, But further study on these topics is advised.
982223.C54
2
Inhoud pag. Summary
2
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Inleiding Vraagstelling Bouwvormen en uitvoeringswijzen/details De beschouwde soorten risico De uitvoering van dit project De indeling van dit rapport
4 7 7 9 9
2 2.1 2.2
De invloed van de bouwvorm; De kansaspecten De schade-effectaspecten
3
Invloed
4
Kansaspecten
van uitvoeringswijze
een overzicht
en details
4
10 11 13 17 23
5 EffeetmodeUen 5 .1 Verkenning van fysische effecten
25 25
5.2 Modelaanpassingen 5.3 Verdamping en dispersie bij vloeistoffen 5.3.1 De 'normale' open situatie (vloeistoffen) 5.3.2 In rekening te brengen effecten (vloeistoffen) 5.3.3 Vloeistofverdamping en dispersie in tunnels 5.3.4 Vloeistofverdamping en dispersie tussen afschermingen 5.3.5 Niet-symmetrische situaties 5.3.6 Dicht-open-dicht-open-constructies 5.4 Verdamping en dispersie bij (tot vloeistof verdichte) gassen 5.4.1 De 'normale' open situatie (gassen) 5.4.2 Verdamping en verspreiding in tunnels 5.4.3 Verdamping en verspreiding bij afscherming 5.5 Piekoverdrukeffecten bij overkappingen/tunnels en schermen 5.6 Rook- en hitteverspreiding en gevolgen daarvan in tunnels 5.6.1 Uitgangspunten voor de benadering 5.6.2 Hoofdlijn van de uitwerking 5.7 Mitigerende maatregelen 5.7.1 De standaardaanpak voor in de open lucht 5.7.2 Voorgestelde aanpak bij tunnels en overkappingen
28 29 29 29 30 31 33 33 34 34 34 36 37 39 39 41 45 47 47
6 Conclusies enaallbevelingen 6.1 Algemeen overzicht 6.1.1 De kansfactoren 6.1.2 De fysische modellen
49
6.1.3
Nauwkeurigheidswaardering
6.2 Te overwegen
onderzoek
49 50 51
53 53
Literatuur
56
982223.C54
3
1
Inleiding
Het Ministerie van Verkeer en Waterstaat (DGG, Directie Transportveiligheid) heeft behoefte aan duidelijker kwantitatieve indicaties van de invloed van kunstwerken op de interne veiligheid en op de externe veiligheid van goederenvervoer over het spoor en over de weg. Het betreft vooral risico dat gepaard gaat met het vervoer van gevaarlijke stoffen, maar ook dat van bijvoorbeeld brand in een gewone vrachtwagen. De achtergrond van deze vraag is dat de bestaande berekeningsmodellen voor externe veiligheid in principe ontwikkeld zijn voor risicoberekeningen aan open infrastructuur op maaiveldhoogte. Deze modellen zijn niet zomaar geschikt voor andere situaties zoals (spoor)wegen met een verhoogde ligging (viaducten), een verdiepte ligging, (spoorjwegen met geluidsschermen, met overkappingen of door tunnels. Verwacht mag worden dat zowel het risico buiten de infrastructuur als het risico voor aanwezigen erin of erop anders is dan in de vlakke, open situatie. Er is dus behoefte aan aangepaste rekenmethoden waarin dergelijke effecten kunnen worden 'meegenomen'. Dit rapport beziet de mogelijkheden voor aanpassing/uitbreiding van de modellen of geeft de hiaten in kennis aan. De kernvraag in dit rapport is: in hoeverre en hoe de bestaande modellen en methodieken zouden moeten worden aangepast om een goed risico beeld in en om de bedoelde infrastructuur te verkrijgen. In de volgende drie paragrafen wordt aangegeven waar het precies om gaat: wat precies de vraagstelling is, over welke bouwvormen en veiligheidsrisico's het gaat. Deze inleiding besluit met een kort overzicht van de wijze waarop het project is uitgevoerd. In hoofdstuk 2 en volgende wordt de onderzoeksvraag beantwoord.
1.1 Vraagstelling Het rapport moet aangegeven of en zo ja hoe de 'details' van de uitvoeringsvormen van hierna te noemen infrastructuur op een uitvoerbare wijze in risicoberekeningen kunnen worden verwerkt. Voor zover dat mogelijk/uitvoerbaar. is: - beschrijf de te volgen methode specifiek (duidelijk, stapsgewijs, gedetailleerde modelstappen in de vorm van stroomdiagrammen); - ga na welke nauwkeurigheid te halen is en of de methoden een resultaat kunnen opleveren dat vergelijkbaar is met dat van de gebruikelijke berekeningen in het open veld.
982223.C54
4
Is
I
Voor zover het niet mogelijk/uitvoerbaar zou zijn: geef duidelijk aan wat de hiaten in kennis zijn en doe, waar zinvol, onderzoeksvoorsteHen voor het invullen van de ontbrekende schakels.
J o :
Referentie
1
Luifel
2
Tent
•
?
1
,.
Figuur 1.1a: Overzicht van de beschouwde bouwvormen. hier weergegeven voor een autosnelweg (bron: re! [lJ)
982223.C54
5
*
...
4 : Kuip
5 : Tunnel
6 : Boortunnel
7 : Viaduct
Figuur 1.1b: Overzicht van de beschouwde bouwvormen (vervolg)
De gevraagde methode moet toepasbaar zijn op de.in paragraaf 1.2 vermelde bouwvormen. Het betreft de in paragraaf 1.3 genoemde risico's (scenario's met grote gevolgen en kleine kansen) voor de externe en de interne veiligheid. Externe veiligheid heeft betrekking op omwonenden en passanten; interne veiligheid betreft in dit geval reizigers en verkeersdeelnemers,
982223.C54
6
1.2 Bouwvormen en uitvoeringswijzen/details Het gaat om de infrastructuur-vormen zoals beschreven in "Inpassen van Rijkswegen in de stedelijke omgeving" [1]: - Luifel; - Tent; - Bunker; - Kuip; - Tunnel; - Boortunnel; - Viaduct: verhoogde ligging van de (spoor)weg. In figuur 1.1 zijn deze bouwvormen voor autosnelwegen geschetst. Voor spoorwegen zijn in principe dezelfde bouwvormen aan de orde. De genoemde bouwvormen kunnen op allerlei wijzen worden uitgevoerd. Het betreft zaken als: - het aantal sporen of rijbanen, voor zover van toepassing per buis; - scheiding van rijrichtingen; en ' details' zoals: - afdekking geheel gesloten, open door middel van een spleet danwel afwisselend dicht-open-dicht-open (dodo); - ventilatie; - signalering, verkeerslichten en afsluitbomen. Op de invloed van dergelijke uitvoeringswijzen/details wordt eveneens ingegaan.
1.3 De beschouwde soorten risico Zoals gezegd moet worden gekeken naar de invloed van de genoemde bouwvormen op het in- en externe risico. De berekeningsmethode voor de interne veiligheid moet primair inzicht geven in het groepsrisico (GR) voor het aantal doden onder weggebruikers en treinpassagiers. Overigens moet hier wel de relatie met (de verwachtingswaarde van slachtoffers van) 'gewone' ongevallen worden gelegd. Voor de externe veiligheid moet de gevraagde methode inzicht geven in het individueel risico (IR) en het GR, waarbij van belang is hoe dat risico verschilt van de situatie in het vrije veld. Voor de externe veiligheid gaat het uitsluitend om vervoer van gevaarlijke stoffen, namelijk explosieven, toxisch gas, giftige vloeistof, brandbaar gas en brandbare vloeistof. Voor de interne veiligheid ook om het risico van een 'normale' brand in (vracht/spoor)wagens met brandbare lading. In figuur 1.2 wordt een systematisch overzicht gegeven van de risico' s die in dit rapport worden beschouwd. 982223.C54
7
In die figuur zijn eveneens enkele kernpunten voor de omvang van het risico vermeld. In de figuur zijn expliciet aangeduid: I. de grootte van het lek waaruit de gevaarlijke stof na een ongeval ontsnapt. Hierbij worden in grote lijnen twee gevallen onderscheiden: - een beperkt lek, waardoor gedurende enige tijd een ' continue' bron van gevaarlijke stof ontstaat; - een groot lek waardoor de inhoud van de tank nagenoeg ineens vrijkomt; 2. wanneer de tank scheurt waarin gassen onder druk zijn opgeslagen ontstaat een BLEVE: een boiling liquidexpanding vapeur explosion; 3. voor brandbare vloeistoffen (dampen) en gassen: de vraag of er meteen of pas later ontsteking plaatsvindt. - Uit figuur 1.2 kan worden afgeleid dat in dit rapport niet specifiek wordt ingegaan op het vervoer van radioactief materiaal. Voor algemene aspecten daarvan wordt verwezen naar ref. (7}.
Typering van het gevolg geen brand
'normaal' ongeval
brand in trein of (vràCht)auto, geen brb. lading
\
brand van vrachtauto met brandbare lading
brand (hitte, rook)
grote brand (hitte. rook)
giftige damp
met vrijkomende gay. stof
'COI'1tinuebron' (bel*'k!
lek)
/ '\ 'inetantenebron' difecte ontsteking
/
(BI..EVE)
plekdruk+
giftig gas
piasbrand
'continue' pIekdruk + hitte
pIekdruk + hitte
piekdruk + hitte
Figuur 1.2:
982223.C54
Overzicht van de beschouwde soorten ongevallen
8
1.4 De uitvoering van dit project Het onderzoek voor dit rapport kan worden gekenschetst als bureau-onderzoek: Op basis van aanwezige kennis en ervaring is geïnventariseerd welke beperkingen de bestaande rekenmethoden/modellen hebben voor risicoberekeningen aan de genoemde bouwvormen. Vervolgens is gezocht naar zo eenvoudig mogelijke aanpassingen van de gebruikelijke modellen om ze toepasbaar te maken voor risico-berekeningen aan de verschillende bouwvormen en uitvoeringsdetails. Het eindrapport is in enkele ronden tot stand gekomen. Conceptrapporten zijn besproken met een begeleidingscommissie die bestond uit de volgende vertegenwoordigers: - Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Goederenvervoer: de heren D. van den Brand en P.R. Commandeur (voorzitter); - Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu, Directoraat-Generaal Milieu: de heer S. Buitenkamp; - Ministerie van Binnenlandse Zaken, Directoraat-Generaal Openbare Orde en Veiligheid: de heer E.A. van Kleef; - Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Bouwdienst Rijkswaterstaat: mevrouw M.M. Kruiskamp en de heer B.P. Rigter.
1.5 De indeling van dit rapport In de hoofdstukken 2 en 3 wordt op kwalitatieve wijze verkend hoe de bouwvorm en de uitvoeringswijze van (spoor)wegen het risico beïnvloeden. Dit levert een algemeen overzicht. Vervolgens worden in hoofdstuk 4 aanzetten gegeven voor het kwantificeren van de invloed van de bouwvorm op de kanselementen van het risico. Hoofdstuk 5 geeft aan op welke wijze de gebruikelijke modellen voor het berekenen van de fysische effecten van brand en ongevallen met gevaarlijke stof kunnen worden aangepast om ze bruikbaar/geschikt te maken voor het beoogde doel. In dit conceptrapport is het een en ander nog beperkt tot het aangeven van de modelprincipes. Dit zal waar nodig in een latere versie worden uitgewerkt in een explicieter formaat.
982223.C54
9
2
De invloed van de bouwvorm; een overzicht
In dit rapport wordt bezien hoe de bouwvorm van een (spoor )weg het risico beinvloedt, Het gaat daarbij om risico in de zin van externe veiligheid en interne veiligheid. Gezocht wordt naar (extra) factoren in de gebruikelijke risicoberekeningsmodellen waarmee de invloed van afscherming, helling, verdiepte/verhoogde ligging en dergelijke zijn weer te geven. Deze factoren hebben betrekking op het volgende: - kansaspecten, te weten: de ongevalsfrequeutie: de frequentie per voertuigkilometer (wagon, auto) voor een ongeval bij het transport van gevaarlijke stof en van vrachtwagenbrand; de 'lekkagekans: de kans gegeven een ongeval dat er sprake is van ' loss of containment' (gevaarlijke stof vrijkomt). Instantaan vrijkomen van onder druk vervoerde gassen kan leiden tot een BLEVE (fysische explosie evt. gecombineerd met verbranding; zie verder); de kans op directe ontsteking: de kans dat bij het vrijkomen van brand-gevaarlijke stof er direct ontsteking optreedt (fakkel, plasbrand of BLEVE); de kans op vertraagde ontsteking: de kans dat bij het vrijkomen van brandgevaarlijke stof er vertraagd (na enige tijd) ontsteking optreedt; de kans opeen vrachtwagenbrandzonder de aanwezigheid van gevaarlijke stof; - schade/effect-aspecten: We melden hier de punten waar, door hele of gedeeltelijke afscherming, verschillen kunnen ontstaan in het schade-effect. Het betreft: verandering van de bronsterkte (bijvoorbeeld door geringere verdamping); verandering van de aard van effecten (bijvoorbeeld door hogere concentratie en drukken in omsloten constructies); verplaatsing van effecten door schermen of tunnel-achtige constructies; de vorm (lengte en breedte, afmetingen) van het schade-effectgebied. - gevolgaspecten Afscherming en verhoogde/verdiepte ligging hebben in principe invloed op de concentraties van schadelijke stoffen en de drukken van ontploffingsverschijnselen. Dit rapport richt zich met name daarop. Afscherming en verhoogde/verdiepte ligging beïnvloeden in principe ook de vlucht- en hulpverleningsmogelijkheden. Onder andere het aantalblootgestelden en deblootstellingsduur veranderen hierdoor. In dit rapport wordt aan deze drie groepen aspecten/factoren aandacht besteed. Echter op verschillende wijzen: a. om de verandering van schade-effecten door afscherming en verdiepte/verhoogde ligging in beeld te brengen, moeten de berekeningsmethoden voor de fysische schade-effecten worden aangepast.
982223.C54
10
b.
Dit rapport doet daartoe voorstellen (kwalitatief- plus kwantitatiefmethodisch); de verandering van kansaspecten en verdere factoren die het gevolg bepalen worden hier kwalitatief aangegeven. De kwantificeringsprincipes zijn doorgaans niet anders dan te doen gebruikelijk.
Als aanzet tot het ontwikkelen van factoren (c.q. modelaanpassingen) voor de invloed van de bouwvorm, worden in dit hoofdstuk de primaire risico-invloeden verkend. Dat leidt tot de in paragraaf 2.1 en 2.2 gegeven kwalitatieve overzichten.
2.1 De kansaspecten In deze paragraaf wordt aangegeven welke kansfactoren uit het engevalsverloop kunnen worden beïnvloed door afscherming en verhoogde/verdiepte ligging. In tabel 2.1 zijn de voornaamste vervolgkansen genoemd die bepalen welke effecten er optreden. Aangenomen is dat een ' normaal ongeval' de begingebeurtenis vormt. Ook de frequentie van 'normale ongevallen' (per voertuigkilometer) zal worden beïnvloed door de bouwvorm van afschermingen/overkappingen en viaducten. De basis-ongevalsfrequentie wordt mogelijk beïnvloed door in- en uitgangseffecten alwaar er mede door (on)bewuste snelheidsvermindering een grotere kans op ongevallen is. Invloed van: - de helling (in- uitgang, eventueel ook hobbels middenin); - 'bermvrees' (bij versmalling, geen vluchtstrook en dergelijke); - wissels, bogen e.d. Dit kan voor bunker, tunnel, tent en luifel enige toename in de basisengevalsfrequentie opleveren. De gunstige effecten van minder weersinvloed compenseren dit naar verwachting niet geheel. Voor een nadere kwantificering van de basis-ongevalsfrequéntie kan gebruik worden gemaakt van ongevalsstatistieken en specifieke objectstudies (bijv. Botlektunnel), Voor railverkeer is overigens geen toename van de basiskans te verwachten. Voor de vervolgkansen zal men veelal zijn toevlucht tot gemotiveerde schattingen moeten. nemen. Tabel 2.1 geeft enige indicaties die vooral bedoeld zijn om aan te geven wat er naar verwachting anders is op (spoor)wegen die geheel of gedeeltelijk zijn afgeschermd. De referentie is de open situatie in vlak terrein. De lekkagekans kan worden beïnvloed doordat er in tunnels mogelijk sprake is van andere botsingskarakteristieken als gevolg van beperkte ruimte in dwarsrichting, eerder contact met wanden, schuren langs tunnelwand, etc. 982223.C54
11
Kansaspecten Weguitvoeringsvorm
-
-
·
·
· 0 +
open veld (ref.) geluidsschermen kuip luifels (tweezijdig) tent bunker/tunnel boortunnel viaduct
Lekkagekans
0 0 0 0 0 0 0 0
(gegeven begin-ongeval) Kans op directe ontsteking
0 0 0 0 0 Ol) Ol)
0
Kans op vertraagde ontsteking
0 0 0/+2) +2) +2) +2) +2) 03)
Kans op BLEVE
0 0 0 0/+ + + + 0
"" geen wezenlijk verschil met open veld "" hoger
I)
2)
3)
mogelijk verhoogde kans in tunnels als gevolg van schuren langs de wand verhoogde kans op vertraagde ontsteking door aanwezige ontstekingsbronnen in begrensd dispergerende wolk (hogere concentratie) eventueel verhoogde kans door lager liggende objecten, kruisend verkeer en dergelijke.
Figuur 2.1:
Overzicht kansaspecten
Voor de kans op directe ontsteking of brand geldt iets soortgelijks. Een en ander houdt in dat er afhankelijkheid is tussen de lekkageoorzaak (kans) en directe/vertraagde ontsteking. Vooralsnog zijn er geen duidelijke aanwijzingen dat de lekkagekans en de ontstekingskans wezenlijk verschillen van het open veld. Voor de kans op vertraagde ontsteking geldt dat er in overkapte constructie sprake zal zijn van verminderde dispersie en daarmee verhoogde concentraties. Bij aanwezigheid van voertuigen in de windafwaartse richting van het ongeval is de kans op vertraagde ontsteking relatief hoog. Ventilatie kan eventueel een rol spelen (opmenging, eventueel ontsteking indien niet vonkvrij). Een BLEVE treedt op wanneer instantaan de inhoud vrijkomt van een tank met tot vloeistof verdicht gas. De kans hierop is in besloten ruimten groter dan in de open lucht. In hoofdstuk 4 wordt nader ingegaan op de kwantificering van de hier genoemde invloeden op de engevals- en vervolgkansen. In hoofdstuk 3 wordt gekeken naar de invloed van de uitvoeringswijze en voorzieningen in/bij het object. Nu volgt echter eerst een overzicht van de invloed van de bouwvorm op de effecten van vervolggebeurtenissen bij een ongeval.
982223.C54
12
2.2 De schade-effectaspecten In figuur 2.2 en 2.3 wordt een globaal overzicht gegeven van de invloed van bouwvormen op schade-effecten. Het gaat hier vooral om een inleidende inventarisatie. Deze is 'sturend' voor de onderwerpen die in dit rapport verder moeten worden verwerkt. Er wordt gekeken naar: a. het verwachte effect op de bron sterkte; b. de invloed van afscherming (schermen, luifels of totale omsluiting). Dit heeft gevolgen voor de hoogte van het in- en externe risico. Voorts kan het leiden tot verplaatsing van het punt waar de effecten van gevaarlijke stoffen in de omgeving (dus externe veiligheid) merkbaar zijn. Invloed op ... .ldoor...
Bouwvorm
Door afscherming"
Verdamping"
Verplaatsing3)
gas
vist
open veld
0
o
o
o
geluidsschermen
0
0(+1- )
+ voor EV
+ voor EV
kuip
(-)
luifel
0
tent
0(-)
bunker
0(-)
(boorjtunnel
(-)
viaduct
0(+)
0(-)
01+
- voor IV + voor EV - voor IV + voor EV - voor IV + voor EV -- voor IV ++ voor EV -- voor IV ++ voor EV -- voor IV 0/+ voor EV Ol- voor EV
in deze kolom is (-): eventueel minder verdamping (uitregenen, kleiner plasoppervlak in deze kolom is +: veiligheid/beter 3) in deze kolom is +: verplaatsing naar de uiteinden van de omhulling I)
+ voor EV + voor EV
+ voor ++
voor EV
++ voor
e.d.)
De verwachte invloed op schade-effecten
Figuur 2.2 veronderstelt dat gas- of vloeistoflekkage is opgetreden. De concentraties giftige of brandbare damp/gas hangen af-van-de lekgrootte. Bij instantaan vrijkomen en grotere lekken zijn de potentiële verschillen tussen de open situatie en de omsloten constructies het grootst. Drukeffecten door instantaan vrijkomen van vloeibaar gemaakt gas (BLEVE) hebben een heftiger uitwerking.
982223.C54
EV
0/+ voor EV
2)
Figuur 2.2:
EV
13
Vele effecten binnen een tunnel of omhulling zijn zo heftig dat personen die in de nabijheid van het incident aanwezig zijn de gevolgen niet zuilen overleven. Of er tevens relevante gevolgen voor de externe veiligheid zijn (met inbegrip van gevolgen voor de constructie zelf), hangt mede af van de fysische effecten (betrokken stoffen). Allereerst de tot vloeistof verdichte gassen. De (-) in de 2' kolom van figuur 2.2 houdt in dat er in omsloten constructies een iets lagere verdamping mogelijk is. Het effect is naar verwachting laag. Na instantane ontsnapping kan er meer gas 'uitregenen' door gebrek aan warmte binnen de begrenzingen. De gassen/dampen zullen relatief koud zijn en daardoor 'zwaar'. Bij verdiepte ligging (tunnel, bunker, kuip) kan daardoor 'held-up"? optreden. Dit leidt voor buiten tot een ver-minderde bron sterkte, echter met een langere duur. Het effect is dat het 'zware' gas vrij traag uit de diepere ligging omhoog komt aan de uiteinden van de kuip of tunnel. De concentratie binnen is hoog maar buiten wordt het effect over de tijd uitgesmeerd (= held-up), In omsloten constructies zijn kleine lekkages eerder een probleem dan in de open lucht. Bij verhoogde ligging (viaduct) is erkans op hogere windsnelheden ondanks de schermen. Dit kan enigszins bijdragen aan de verdamping/verspreiding. Deze effecten op de bronsterkte van gasvorming zijn echter relatief beperkt ten opzichte van de open situatie op maaiveld. Bij vloeistoflekkages gaat het eveneens om de mate waarin verdamping optreedt. Zie kolom 3 van figuur 2.2. De snelheid van de verdamping kan in een tunnel of afgeschermde omgeving afnemen. Dit mede als gevolg van de afkoeling van het dampluchtmengsel in de tunnel en daarmee een mogelijk geringe verdamping. Als gevolg daarvan kan held-up van zware damp ontstaan in een beneden het maaiveld gelegen tunnel. Dit mogelijke effect van een lagere dampbronsterkte wordt voor de interne veiligheid meer dan te niet gedaan door de kleinere ruimte en de daarmee hogere concentraties onder overkappingen. De verhoogde ligging en de aflopende hellingen van een viaduct kunnen een grotere dampbronsterkte veroorzaken. Bij schermen wordt het risico voor de externe veiligheid beperkt (zie figuur 2.3, 4' kolom). Dit effect neemt toe naarmate sprake is van een meer gesloten constructie. In samenhang hiermee neemt de belasting op de (spoor )weg juist toe. Tenslotte betreffende.kolom 5 v~ ..figulJr.2.2 (verpla.atsing): Voor met name zware (koude) gassen kan een afscherming met bijvoorbeeld geluidsschermen een verandering in de verspreiding naar de omgeving veroorzaken. Er kan een soort lijnbron ontstaan. In geheel gesloten constructies kunnen de effecten van brandbaar gas drastisch zijn (detonatie is denkbaar en daarmee wellicht toch direct extern risico).
1)
Meer in het algemeen: verplaatsing naar het laagste punt.
982223.C54
14
risico per km.jaar h:mgs het traject
risico
risico-niveau met tunnel
I I
•
niveau zonder tunnel
------..
••• -
locatie
'angs het traject
Inteme veiligheid
-6
(Spc?.Q!1w~~
10 -_._-_._--_._-
-7
10 -8
10 .. individueeJ-risicocontouren contouren zonder tunnel contouren met tunnel
Figuur 2.3:
982223.C54
Schematische invloed van afscherming op de in- en externe veiligheid 15
In gevallen waar dispersie een rol speelt, is bij min of meer gesloten constructies sprake van verplaatsing van de schadegebieden voor de externe veiligheid vanuit het midden naar de uiteinden naar de constructie (in-zuitgang van de tunnel/tent) . Omdat de schade-effecten van vele ongelukken zich bij de uiteinden van de tunnel manifesteren zal ter plaatse sprake zijn van een verhoogde kans. In figuur 2.3 is één en ander schematisch weergegeven. Tot dusverre is vooral gekeken naar de effecten die in de open situatie risico voor omwonenden en verkeersdeelnemers veroorzaken. Daarvan is globaal bezien hoe ze veranderen door windschermen, verdiepte/verhoogde ligging en dergelijke. Daaraan moet worden toegevoegd het scenario 'brand'. In de open lucht een min of meer beperkt probleem (vrachtwagenbrand, spoorketelwagen in brand). In een tunnel, bunker of tent zal de rook en mogelijk ook de hitte voor ernstige problemen kunnen zorgen. Afhankelijk van de effecten (brand/explosie, giftig gas/damp), de dispergerende wolken en stoffen zal de kwantitatieve uitwerking verschillen. Hoofdstuk 5 levert hiervoor stramienen.
982223.C54
16
3
Invloed van uitvoeringswijze en details
Op eenzelfde wijze als in het vorige hoofdstuk wordt hier kwalitatief in beeld gebracht hoe bepaalde uitvoerings' details' het risico kunnen beïnvloeden. Tabel 3.1 geeft een overzicht. In de opdracht voor het onderzoek is specifiek naar het verwachte effect van de hieronder genoemde voorzieningen gevraagd. De voorliggende lijst voorzieningen heeft vrijwel geheel betrekking op tunnels. Een aantal van de daarin genoemde voorzieningen heeft een primaire functie in het normale beheer en gebruik van de (spoor )weg. Het zal niet altijd mogelijk zijn het effect op de in- of externe veiligheid te kwantificeren. Soms kan men wel kwalitatief zeggen dat er in principe invloed is. Met '+' wordt een toename aangegeven; met '-' een afname. De bespreking geschiedt per regelnummer van de tabel. De in de tabel vermelde a's, b's, etc. verwijzen naar een specifieke toelichting hieronder. Uit tabel 3.1 en de nu volgende toelichting daarbij blijkt dat de effecten primair het interne risico betreffen met, eventueel secundair, gematigde effecten voor het externe risico door verplaatsing van verschijnselen. De belangrijkste voorziening lijkt één- of tweerichtingsverkeer. Bij tweerichtingsverkeer zullen de engevalsfrequenties en de gevolgen gemiddeld groter zijn dan bij eenrichtingsverkeer. In het volgende wordt uitgegaan van eenrichtingsverkeer. Hieronder volgt per voorziening een toelichting. 1 Aantal stroken/sporen per buis a. Eventueel vermindering van het "ingangseffect' bij verkeerstunnels. Een vluchtstrook kan daaraan ook bijdragen. b. Door de grotere tunneldoorsnede mogelijk wat lagere concentraties en drukken. c. Bij afzonderlijke buizen met tussendeuren is vluchten en hulpverlening gemakkelijker. Het aantal stroken per buis zelf heeft hierop een andere invloed: mogelijk meer mensen die moeten vluchten. 2 Toegang hulpverleners Voor het voorkomen van gezondheideschade moet primair worden uitgegaan van zelfredzaamheid bij vluchten, gecombineerd met voorzieningen daarvoor en hulp. De toegang voor hulpverlening kan (soms) tevens vluchtweg zijn.
982223.C54
17
a.
b.
De kans dat hulpverleners zo snel kunnen optreden dat ze de fysische effecten van een vrachtwagen brand of ongeval met gevaarlijke stoffen kunnen beperken is gering. Eventueel in bijzondere gevallen met een dergelijke beperkte succeskans de invloed 'meenemen'. De toegang kan mogelijk ook dienen als vluchtweg. Voorts kunnen hulpverleners soms redden.
3 Gescheiden tunnelbuizen per richting a. Een iets lagere initiële engevalsfrequentie bij gescheiden verkeersrichtingen. b. Minder grote snelheidsverschillen, dus kans op minder ernstige ongevallen. Lagere kans op (grote) lekken in tanks. c. Door de eenduidige rijrichting een (rijrwind met het verkeer mee (in tunnels althans). Meestal alleen achter het ongeval wachtend verkeer. Dus lagere kans op ontsteking (gegeven dat: grotere op vertraagde ontsteking). d. De invloed op de bronsterkte. verdamping en dispersie is reeds in figuur 2.3 aangegeven. De buisdoorsnede en hellingen spelen een rol. e. Gescheiden buizen geeft in principe de mogelijkheid om naar de andere buis te vluchten (zelfredzaamheid primair). De onderlinge afstand van vluchtdeuren is dan een relevante factor, evenals de wijze van vergrendeling/ontgrendeling. 4 Geleideprofielen (spoortunnels en -viaducten) Ze verminderen de kans op geheel ontsporen; niet/minder de kans op een initiële ontsporing. a. Een minder of niet ernstige afloop van een initiële ontsporing is te verwachten. Minder kans op lekkage. b. Bij geleideprofielen uitgevoerd als bak: kleiner verdampend oppervlak van brandbare en giftige vloeistoffen. c. Bij geleide profielen mogelijk verhoogde kans op directe ontsteking door schuren. 5 Verwijderbare middenbermbeveiliging (autoweg) a. Indien hiermee ten behoeve van bijvoorbeeld onderhoud, tweerichtingsverkeer gecreëerd wordt: grotere ongevalskans, lekkagekans en ontstekingskans, b. Indien gebruikt om de toegang voor hulpverleners te versnellen: (kans op) snellere engevalsbestrijding en hulpverlening.
6 Hittewerende. bekleding a. b.
Eventueel kan de isolatie ook verdamping van tegen het plafond gesproeide vloeistof vertragen. Het primaire doel: beperken van schade aan de constructie door een eventuele brand.
982223.C54
18
7 Wegdek/spoorbevestiging a. Voor autowegen in het algemeen minder ongevallen op ZOAB (n.v.t, in overdekte constructies). Voor spoor: denkbare invloed op ontsporingskans bij verandering van ballastbed naar plaatconstructies. b. Een (grindjballastbed verkleint de plasgrootte en de verdamping. Bakvormige geleiding eveneens; zie 4b. Bij gesloten constructies is de temperatuur (verdamping) stabieler dan bij open constructies. ZOAB heeft verschillende, tegengestelde effecten op de plasvorming en verdamping van vloeistoffen/vloeibaar gemaakte gassen. De effecten op (gevaarlijke) vloeistoffen worden maatgevend geacht omdat: het verveersaandeel daarvan groter is dan dat van gassen, de vloeistoftanks zwakker zijn en de vloeistofverdamping direct bepalend is voor de afloop. Voor vloeistoffen is dicht asfalt beter, mits het afschot en de putafstand zodanig zijn dat de vloeistof snel kan weglopen. Anders is ZOAB beter. c. Over een ballastbed kan men slecht lopen/rijden. Dus een beperkte vluchtcapaciteit hierover. Een gladdeïre) vloer kan eventueel ook als vluchtweg dienen en voor hulpvoertuigen bruikbaar zijn (mogelijk andere ontsporingskans?). 8 Riolering, opvang-tpompkelders a. Voorzover riolering en opvang tot lagere concentraties aan brandbare damp leiden: lagere ontstekingskans. Mits de pomp installatie vonkvrij is. b. Lagere verdamping van giftigelbrandbare gassen door snelle opvang. c. Bij actieve pompinstallatie mogelijk verdere verspreiding dan gewenst. 9 Besturingssystemen en beheersorganisatie In het nu volgende wordt onder 'besturingssystemen' verstaan: grotendeels geautomatiseerde systemen voor beheersing van het wegverkeer (toeritdosering, filebeperking in omsloten ruimten en CO-beheersing door aansturing van ventilatie). Bij het ontstaan van verkeersstoriagen, ongevallen etc. is de rol van een beheersorganisatie cruciaal. In dit rapport is een uitwerking hiervan niet mogelijk. Wel wordt opgemerkt dat bepaalde wegvormen (verdiepte ligging bijvoorbeeld) doorgaans geen operationele beheersorganisatie (controlekamer) hebben. Hier ligt dus een relatie met de wegvorm. Toelichting op de in tabel 3.1 vermelde zaken: a. Beperking en signalering van stagnaties in verkeerstunnels beperkt de ongevalsfrequentie (minder aanrijdingen, minder brand/oververhitting van voertuigen). b. Mogelijk door snelheidsbeheersing incidenteel lagere kans op lekkage van gevaarlijke stof na/bij botsing. c. Mogelijk door aansturing ventilatie sterker verspreiden/verdunnen van (gevaarlijke) dampen en rook in een tunnel (primair interne veiligheid). Overdruk realiseren in vluchtgang en dergelijke. d. Door snelle regeling van het autoverkeer beperken van het aantal personen in een tunnelbuis, 'vrij' maken van de andere. Optimaliseren vluchtmogelijkheden.
982223.C54
19
Mogelijk effect op '0 00
N N
Frequentie/kans van
I
N VJ
Uitvoeringswijze en voorzieningen
{j
ongeval
lekkage
ontsteking/ ontwikkeling
bronsterkte (incl. verdamping)
dispersie
verdere effecten
aantal blootgestelden
+ (a) 0 - (a) 0 + (a) 0 +/- (a) 0 - (a) 0 0 0
-
+ 0 - (c) + (c) + (a) 0 0 O? (a) 0 +/0 0 0 0 o (a) + *(a)
0 0 0/zie zie 0 +/-
+/- (b) O? 0/- (d)
zie b +? (a) 0 zie a+b + (a) + (b) 0 +/- (c) zie c + + + 0 + (b) ./+ (a) +/- (b)
-/+ (c) + (b) + (e) zie a+b + (b) 0 +/- (c) 0 + (d) + + +
CA .j;:o
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15 16
aantal banen/buis (incl. vluchtstrook) toegang hulpverlening gescheiden tunnelbuizen/richting geleideprofielen verwijderbare middenbermbeveiliging hittewerende bekleding (weg)dek riolering/opvangkelders/pompen besturingssystemen ventilatie overdruk branddetectie hoogtedetectie signalering/verkeerslichten afsluitbomen luchtgaten in overkapping
Kans op reductie van
Bron
0/-
- (a) 0 0
0 - (b) • (a) + (a) 0 0 0 - (b) 0 0 0 0 0 0 0
(d) a a (b)
- (b)
+/- (c) +/. 0 0 0 0 0 0/-*
- (b)
0
o (a) zie b zie b + (c) + 0 0 0 0 0 + *(a)
0
+ (b) + (b) +/- (b)
o
= als in de referentiesituatie (open, maaiveld) * = ten opzichte van geheel omsloten situatie (a), (b), (c), (d), (e) = toelichting van het betreffende punt in de tekst
~
Tabel 3.1:
tv
o
De verwachte invloed van uitvoeringswijzen
Er zijn risico' s en beperkingen verbonden aan automatische besturing, maar eveneens aan latere handmatige instellingen en zeker bij richtingveranderingen van de ventilatie. Voorbeeld: brand midden in een file (één van de denkbare scenario's). Voorts moet worden opgemerkt dat bepaalde oplossingen het probleem tevens verplaatsen: van in naar buiten de tunnel. Bijvoorbeeld sneller file buiten de tunnel met gevolgen daarvan. Dit zou gezien het verschil tussen OR-richtlijnen voor in- en extern risico eventueel knelpunten kunnen opleveren.
10
Ventilatie
Aangenomen wordt dat de ventilatie snel (automatisch) wordt bestuurd en voor het doel voldoende capaciteit heeft. Voor toelichting zie onder punt 9c en 9d. Aangenomen is dat gebruik wordt gemaakt van langsventilatie. Dwarsventilatie biedt bij relatief kleine hoeveelheden gas/damp/rook eveneens mogelijkheden. In .de praktijk blijkt het met dwarsventilatie moeilijk om de vereiste grote lokale capaciteit te realiseren. Dit vergt een sterke omschakeling van het systeem en veel kleppen ('dampers'). De betrouwbaarheid daarvan stelt beperkingen respectievelijk vergt hoge kosten. Indien voldoende dwarsventilatiecapaciteit mogelijk zou zijn bij calamiteiten is dat uiteraard te verkiezen boven langs- ventilatie.
11 Overdruk Het uitgangspunt is: overdruk in de vluchtgang of de buis die voor vluchten en toetreden van hulpverleners bedoeld is. Verondersteld is tevens dat de overdruk gecombineerd wordt met een voldoende mate van luchtverversing in het 'overdrukgebied' . Het effect is dan: kans op snellere toegang hulpverleners en betere/veiliger vluchtomstandigheden.
12 Branddetectie Aangenomen is dat het een doeltreffend detectiesysteem betreft (voorzover mogelijk). Voor treinverkeer (goederen en reizigers) bijvoorbeeld door detectie langs de baan of in de wagens. Voor autotunnels en dergelijke: door bijvoorbeeld CO-meting, zichtmeting, videobeeldbewaking en of stilstanddetectie. De detectie wordt geacht door een geschikte actie te worden opgevolgd: Voorkomen dat (extra) personen betrokken raken, gunstige vluchtsituatie creëren etc. Bijvoorbeeld door: - treinen tijdig/handig laten stoppen (als ze niet door kunnen rijden); - a,ut()'s; tunn(llszo .veel Ill()g(llijk. V(lrk(lersvrij .illaj(eI1; - ontruimingsactie en blusactie starten (beperking: reactietijd).
13 Hoogtedetectie Hoogtedetectie dient vooral om schade aan tunnels en overkappingen te voorkomen en tevens de verstoring door te hoge wagens tot een minimum te beperken (nooduitrit, etc.). Het is zeer onwaarschijnlijk dat te hoog geladen wagens met grote hoeveelheden (tanks) gevaarlijke stof zijn geladen. 982223.C54
21
Een (goede uitvoering van) hoogtedetectie beperkt de kans op vervolgongevallen van incidenten met te hoge ladingen. Theoretisch zou dit ook ongevallen met gevaarlijke stoffen kunnen beperken. Dit effect is echter nauwelijks of niet kwantificeerbaar. 14 Signaleringlverkeerslichtenlverkeersdosering Signalering en verkeerslichten worden gerekend tot de normale uitrusting van bijzondere (spoorjverkeersinfrastructuur. Op de eerste plaats voor de normale beheersing, voorts voor regulering bij onderhoud en incidenten. Ook voor incidentbeheersing dus onmisbare voorzieningen. a. Mogelijk tevens effect ter voorkoming van secundaire verkeersongevallen en brand. b. Verkeersvrij maken van een buis moet soms als voorwaarde worden gesteld voordat deze als vluchtweg te gebruiken is of voor hulpverlening. Het is echter een vereiste dat in dergelijke gevallen snel aan die voorwaarde wordt voldaan en vluchtdeuren snel ontgrendeld worden. 15 Afsluitbomen Afsluitbomen dienen om grote(re) zekerheid te verkrijgen dat een traject verkeersvrij is (c.q. niet wordt binnengereden). Ze behoren tot de normale uitrusting van met name tunnels. a. Mogelijk beperking van secundaire ongevallen/effecten, maar soms ook/toch een toegangsbeperking voor hulpdiensten. b. Door beperking van inrijders: beperking van het aantal blootgestelden aan gevaren van rook, brand of gevaarlijke stof. 16 Luchtgaten in de overkapping De indicaties over luchtgaten in de/een overkapping, die in tabel 3.1 zijn weergegeven gelden ten opzichte van een geheel omsloten overkapping. a. Door luchtgaten in de overkapping bestaat de kans dat ontstekingsbronnen buiten de omhulling bijdragen aan het ontbranden van een wolk brandbaar gas. Eventuele giftige gassen/dampen kunnen ook direct(er) naar buiten. b. Luchtgaten hebben vooral een functie ten behoeve van aanwezigen binnen de overkapping, met name om rook te laten ontsnappen. Uit het voorgaande wordt duidelijk dat de vermelde effecten bijna allen een kanscomponent hebben. Hoofdstuk 4 gaat hierop nader in. Een aantal echter werkt ook door in de (modellen voor) berekening van de omvang van de gevolgen vaneen incident. DemodeUen VQoLnet ~rekenell y~degevolgenv~ QngevaUen in (deels) besloten ruimten moeten echter nog worden ontwikkeld. Dit betreft deels het interne risico, maar met name het externe risico. Hoofdstuk 5 gaat in op de bijzonderheden van de benodigde modellen. In referentie [4] en [5] zijn aanvullende overzichten van veiligheidsvoorzieningen in tunnels te vinden. Dit rapport richt zich verder vooral op de modelmatige kwantificeringspunten van de engevalseffecten zelf.
982223.C54
22
4
Kansaspecten
In hoofdstuk 2, figuur 2.1 is reeds in beeld gebracht hoe de bouwvorm de frequentie van ongevallen en de vervolgkansen zou kunnen beïnvloeden. Het ging daar om de kans op relevante primaire ongevallen (brand, ongeval gevaarlijke stof), de kans op vrijkomen van gevaarlijke stoffen en de ontstekingskansen van brandbare gassen/dampen. In tabel 3.1 zijn deze kansaspecten ook aan de orde. In dat geval bezien vanuit de meer gedetailleerde uitvoeringsvorm van (spoorjwegen. Dit hoofdstuk geeft een aantal voorlopige schattingen van het kwantitatieve effect op deze genoemde basiskansen. Deze schattingen kunnen richting geven aan het zoeken naar statistische onderbouwing voor de in specifieke gevallen te hanteren waarden. Daartoe dient het in tabel 4.1 gegeven overzicht. Opgemerkt wordt dat er bij de modellering van bepaalde effecten nog meer kansfactoren aan de oppervlakte zullen komen. Bijvoorbeeld de kans dat door snelle signalering het aantal aanwezigen in een tunnel kan worden beperkt. Hierover valt doorgaans geen statistiek te verzamelen (hooguit enige casuistiek). Dergelijke kansfactoren zullen op basis van de specifieke situatie moeten worden geschat. Dat kan aan de orde komen wanneer het risico-effectmodel voor de (deels) omsloten infrastructuur nader is ontwikkeld. Zie daarvoor hoofdstuk 5. Als referentie in tabel 4.1 zijn de kanswaarden gebruikt die voor (spoor)wegen in de open lucht worden gehanteerd. Voor wegen is daarbij uitgegaan van autosnelwegen met 2 stroken per richting en een vluchtstrook. Uit de tabel volgt voor welke factoren het met name interessant zou zijn een nadere waardebepaling uit statistiek af te leiden. Voor de primaire engevalskansen heeft dat het meeste perspectief (data per wegtype en vorm). Dit kan op basis van gegevens van de Adviesdienst Verkeer en Vervoer. Voor verkeerstunnels is reeds een aantal relevante kansen geschat in referentie [9].
982223.C54
23
/ invloed door:
Kansaspect
x 0,1
Ongevalsfrequentie invlood van bouwvorm: geluidsschermen kuip luifel(s) tent bunker (b()()r)tunnel viaduct : invloed van 'uitvoeringsdetails' meer. banen/buis geen gescheiden buis/richting besturingssysteem wegdek (niet bij overkapping) Leki(agekans invloed van bouwvorm: invloed van 'uitvoeringsdetails' buis/richting geen~scheiden geleideprofiel (spoor) overige vormen
x 0,3 à 0,5
3)
x 1,3
x 1,5 à 2
x 3
* * * * *
*
* *
* :
ontstekingl) Kans op vertraagde invloed van bouwvorm: kuip, luifel, tent, bunker, tunnel overige bouwvormen: invloed van ' uitvoeringsdetails ' : gescheiden buizen/richting overige uitvoeringspunten
2)
gering 0,9 à 1,1
* * * * *
* *
* *
Kall5óp directe ontsteking invloed· van bouwvorm. invloed van ' uitvoeringsdetails ' : geen gescheiden buis/richting overige uitvoeringsvormen
I)
x 0,7
* * *
*2) * * *3)
Wordt bepaald door lokale aanwezigheid van ontstekingsbronnen; kan in principe direct in rekening worden gebracht op basis van aanwezigheid van voertuigen. In tunnels zijn daarbij twee situaties te onderscaeiden (file 'vóór of áehter' de ongevalsplaats). Referentie is de open situatie zonder schermen op maaiveldhoogte met één strook/baan per richtingen djc~tasfalt. Afhankelijk van de invloed op de concentratie.
Tabel 4.1: Globale invloed van bouwvorm en uitvoeringsdetails op de bekende kansaspecten uit de externe veiligheid
982223.C54
24
5
Effectmodellen
In hoofdstuk 2 is reeds verkend wat de invloed van de verschillende bouwvormen op de fysische effecten van ongevallen kan zijn. Op analoge wijze is dat in hoofdstuk 3 gebeurd voor de verschillende uitvoeringsvormen en details. De globaal aangegeven invloeden op het verloop en de afloop van relevante incidenten moet echter worden gekwantificeerd. De vraag daarbij is wat er aan de gebruikelijke effectmodellen voor externe en interne veiligbeid zou moeten veranderen. De benodigde veranderingen bangen in principe af van bet precieze fysische effect dat aan de orde is. In paragraaf 5.1 wordt dit gekarakteriseerd, maar explosieven blijven daarbij buiten beschouwing. Op basis van de conclusies van paragraaf 5.1 worden in paragraaf 5.2 de nodige modelaanpassingen beschreven.
5.1 Verkenning van fysische effecten Voor de te onderscheiden stofcategorieën (brandbare vloeistof, toxische vloeistof, brandbaar gas en toxisch gas alsmede rook van een vrachtautobrand) wordt achtereenvolgens een overzicht gegeven. Effect
Tunnel/Overkapping
Schermen
Beperking van bronsterkte
verdamping op basis van ventilatiesnelheid in tunnel kleiner plasoppervlak
•
verdamping op basis van gecorrigeerde windsnelheid
Beperking door afscherming
in tunnel geen afscherming bijkomend effect blootstelling aan rook in tunnel bij (plas)brand buiten de tunnel is er lokaal volledige afscher-
-
op de weg geen afscherming (interne veiligheid) buiten de weg is gedeeltelijke afscherming (externe veiligheid)
-
ming Verplaatsing
Tabel 5.1: Brandbare 982223.C54
dampemissies treden .bij tunneluiteinden naar buiten (indien nog niet ontstoken) risico's voor externe veiligheid worden naar tunnel uiteinden verplaatst
-
mogelijke beïnvloeding dispersiepatroon van dampwolken (IV-; EV+)
(vloeilstoffen
25
Tunnel/Overkapping
Effect
Schermen
Beperking van bronsterkte
bij grote uitstromingen mogelijk meer uitregenen dan in open situatie bij fysische explosies en ontsteking van gaswolken hogere overdrukken dan in open situatie
geen/te verwaarlozen effect
Beperking door afscherming
in tunnel geen afscherming buiten tunnel is er lokaal grote/volledige afscherming (mogelijk scherfwerkingeffect bij explosie)
geen afscherming op de weg (interne veiligheid) buiten de weg is er mogelijk beperkte afscherming (externe veiligheid)
Verplaatsing
dampemissies treden bij tunneluiteinden naar buiten (indien nog niet ontstoken) risico's voor de externe veiligheid worden (merendeels) naar tunneluiteinden verplaatst
beïnvloeding zwaargasdispersiepatroon van dampwolken (IV-; EV+)
Tabel 5.2: Brandbare gassen
Tunnel/Overkapping
Effect
Schermen
Beperking
van bronsterkte
verdamping op basis van ventilatiesnelheid kleiner plasoppervlak
verdamping op basis van gecorrigeerde windsnelheid
Beperking
door afscherming
in tunnel geen afscherming en concentraties gebaseerd op dispersie in omsloten wolken buiten tunnel is er lokaal volledige afscherming
geen afscherming op de weg (interne veiligheid) buiten de weg lokaal mogelijk enige afscherming (ext. veiligheid)
dampemissies treden bij tunnéll1iteinden naar buiten risico's voor de externe veiligheid worden naar tunneluiteinden verplaatst
mogelijke beïnvloeding van dam.pwolken (IV-; EV+)
Verplaatsing
Tabel 5.3: Toxische stoffen
982223.C54
26
Effect
Tunnel/Overkapping
Schermen
Beperking van bronsterkte
bij grote uitstromingen mogelijk meer uitregenen dan in open situatie bij volledig falen ernstige schade door piekoverdruk
-
geen/te verwaarlozen effect
Beperking door afscherming
in tunnel geen afscherming en concentraties gebaseerd op dispersie in omsloten wolken buiten tunnel is er lokaal volledige afscherming
-
geen afscherming op de weg (interne veiligheid) buiten de weg is er mogelijk beperkte afscherming (externe veiligheid)
Verplaatsing
dampemissies treden bij tunneluiteinden naar buiten risico's voor de externe veiligheid worden naar tunneluiteinden verplaatst
-
-
beïnvloeding zwaargasdispersiepatroon van dampwolken (IV-; EV+)
Tabel 5.4: Toxische gassen
Voor een toelichting op de verschillende effecten voor de interne veiligheid (IV) en de externe veiligheid (EV) wordt verwezen naar paragraaf 2.2. Wanneer de overzichtjes in tabel 5.1 tot en met 5.4 worden bezien en gecombineerd met schetsen die in figuur 2.3 zijn gegeven, dan blijkt het volgende: 1.
Er is een model(letje) nodig voor de verspreiding van rook en warmte uit een brandend (rail)voertuig binnen een tunnel of overkapping. Verwezen wordt naar de Handleiding OOR, ref. [8] waarvan hier verderop een samenvatting wordt gegeven.
2.
Met standaardmethoden kan, rekening houdend met de bouwvorrn, details, helling, wegbreedte en dergelijke, voor plasbranden (brandbare vloeistoffen) het nodige worden gedaan.
3.
Voor braadbsre- gassen .speelt .uiteraard .de .problematiek van mogelijke deflagratie of zelfs detonatie in omsloten tunnelachtige ruimten. Voor het BLEVE-scenario is de situatie niet principieel anders dan in de buitenlucht (praktisch, getalsmatig wel verschillen). In het scenario, vertraagde ontsteking speelt dispersie (verspreiding) een rol.
982223.C54
27
Deze dispersie is in principe dezelfde als bij lichte/zware gassen in het algemeen. Wel moet met de gevolgen van gedeeltelijke of totale omsluiting rekening worden gehouden. 4.
Voor dispersie van giftige gassen/dampen, deels ook voor brandbare gassen/dampen moet een specifiek model worden ontwikkeld. Dat model moet geschikt zijn om de invloed van nul tot algehele omsluiting te kwantificeren. Er zijn daarbij overeenkomsten tussen (onder druk vervoerde) gassen en (giftige) vloeistoffen. Vanwege de verschillen moet toch onderscheid worden gemaakt.
De conclusie uit het voorgaande is dat er in de modelsfeer met name een uitbreiding nodig is voor gas-/dampverspreiding in min of meer omsloten bouwvormen. In paragraaf 5.2 worden hiervoor ontwerpen gegeven.
5.2 Modelaanpassiu.geu. Uit het in paragraaf 5.1 gegeven overzicht volgen de voornaamste onderdelen waarvoor een aangepast model nodig is. Het betreft: 1. de verdamping en dampverspreiding van vloeistoffen in min of meer beschuttelbesloten en al dan niet hellende (spoor )wegdelen; 2. de verdamping en verspreiding van gassen die tot vloeistof zijn verdicht; eveneens in beschutte/omsloten constructies; 3. de verbranding en rookverspreiding van normale (vracht)wagens en hun lading in tunnelachtige constructies. Voor het verdere verloop is uiteraard van belang of het om brandbare of giftige dampen/vloeistoffen gaat. Op twee punten na verandert daar niet zo veel ten opzichte van de modelprincipes voor de situatie 'open' (spoor)weg. De twee uitzonderingen zijn (doortellend): 4. de toenemende kans op deflagratie, eventueel detonatie van brandbare gassen in tunnelachtige ruimten. De mate waarin dit optreedt hangt althans voor brandbare vloeistoffen af van het verdampingsproces (zie punt 1 derhalve). Voor het overige is een model nodig dat de gevolgen voor de externe veiligheid voorspelt. Bij een eventuele deflagratie of detonatie zijn de effecten voor de interne veHigheidmaximaal. Een punt van specifiek onderzoek is de bezwijkdruk ten opzichte van de sterkte van de constructie. Afhankelijk hiervan kunnen er bij een deflagratie of detonatie ook externe gevolgen zijn. Het hiervoor genoemde geldt bij lichte constructies mogelijk ook bij een BLEVE. De piekdruk daarvan al binnen een tunnel of overkapping mogelijk ook reeds grote schade toebrengen.
982223.C54
28
5.
Andere (rnodeljveronderstellingen voor het aantal blootgestelden. Waarin te verrekenen de specifieke vluchtmogelijkheden van de min of meer omsloten (spoor)weg.
De punten 1 tot en met 3 worden in dit hoofdstuk verder uit-gewerkt.
5.3 Verdamping en dispersie bij vloeistoffen
5.3.1
De 'normale' open situatie (vloeistoffen)
Voor de effectberekeningen van ongevallen met verdampende toxische/brandbare vloeistoffen wordt uitgegaan van de vorming vaneen plas. Op de weg wordt in het algemeen gerekend met een plas van 1200 m2 (instantané uitstroming) of300 (continue uitstroming). Op het spoor is 600 m2 een indicatie van een maximale plas op/bij een ballastbed van grind. Dit levert met stofeigenschappen en de windsnelheid de dampbronsterkte. De daarvoor gehanteerde basisformule is: (1)
daarin zijn: Q : de verdamping (bronsterkte ) in kg/s; Apia. : het plasoppervlak in m2; f(Cmax ): een functie van de maximale dampspanning van de betrokken stof. Dit is de functie die normaal reeds wordt gebruikt. De aard/invloed ervan blijkt uit blz. 3.75 van het nieuwe gele boek (CPR 14E, ref. [13] deel 1). Uref de in de situatie maatgevende windsnelheid (m/s). De bronsterkte Q, de windsnelheid en de dispersie bepalen de concentratieverdeling van de damp in de luchtstroom vanaf de plas. Het gaat nu om de aanpassing in het voorgaande modelprincipe voor de situatie van tunnelachtige en afgeschermde (spoor )wegen.
5.3.2
In rekening te brengen effecten !y]Q.eistoffen)
Bij tunnels en min of meer omsloten bouwvormen moet voor de verdamping van vloeistoffen rekening worden gehouden met: a. de specifieke geometrie van de (spoorjweg zelf, onder andere: het effect van geleide constructies bij spoor (bakeffect); het doorgaans ontbreken van grind (spoor, geen ballastbed); het al/niet aanwezig zijn van ZOAB als wegdek; helling bij in-/uitgangen, viaducten; de plaats van putten (helling voor de putten, vlak tussen de putten); 982223.C54
29
. de (zijjhelling van/bij de (spoor)weg, richting putten/riool/goot/sloot; . het lekdebiet ten opzichte van het instroomdebiet in putten; de wind en windrichting ten opzichte van de (spoor)weg en de afscherming eventueel de ventilatiewijze. windrichting ten opzichte van de (spoor)weg; 'natuurlijke' ventilatie in tunnels (rijrichting); kunstmatige ventilatie; hoogte van afscherming (l/2-zijdig); breedte van de weg en bovenopening.
b.
5.3.3
Vloeistofyerdamping en dispersie in tunnels
In geheel omsloten constructies (tunnelachtigen) wordt de windrichting opgelegd door vooral: de rijrichting; het ventilatiesysteem (aangenomen wordt: langsveatilatie), Het berekeningsmodel voor de verdamping is hetzelfde als voor de open situatie (zie par. 5.3.1) echter de referentie windsnelheid dient te worden gebaseerd op de (ontwerp )capaciteit van de ventilatie in relatie tot de (heersende) windsnelheid buiten; een en ander volgens gebruikelijke methoden. Hetplasoppervlak dient te worden gebaseerd op een tunnelsituatie: circa 200 m2 [12]. Het berekeningsmodel voor de dispersie is in principe hetzelfde als in de open lucht. Echter nu met een hoogte- (en breedte- )beperking. Als eerste benadering volstaat veelal: dispersie van een neutrale wolk. Ct '"
'"
Q
Ut. B. O,lX
Q Ut .A
als O,lX>H
zolang O.lX :s;H
(2a)
(2b)
met Cl Q UI
B H X
A
doorsnede-gemiddelde dampconcentratie op afstand X in tunnel (kg/m"); de dampbronsterkte (kg/s); windsnelheid in tunnelbuis (mis); breedte tunnelbuis (m); hoogte tunnelbuis (m); afstand in windafwaartse richting (m) (O,lX representeert de dispersie in verticale richting als functie van de afstand tot het emissiepunt); de doorsnee van de tunnelbuis (m").
982223.C54
30
5.3.4
Vloeistofyerdamping en dispersie tussen afschermingen
In de beschrijving wordt gemakshalve uitgegaan van een symmetrische afscherming. Zie paragraaf 5.3.5 voor niet-symmetrisch. Verticale schermen en luifels worden op eenzelfde wijze beschouwd. De bepalende maten zijn weergegeven in figuur 5. 1.
Bb
•••
Ht
--
Bb
••••
= B. rl
••
•••
Bo
Figuur 5. J:
l___
•••
-- C ••• Ht
Bb Bb < B. rl
••••
=:J____
Bo
•••
Schematische weergave van de maten van een (spoorjweg met schermen
Het basisprincipe voor de modelvorming wordt (vooralsnog) beschreven voor een neutrale wolk (in paragraaf 5.4 wordt naar relatief zware gassen gekeken). Onderscheiden moet worden: a. wind (ongeveer) in lengterichting; b. wind (ongeveer) in dwarsrichting.
Wind ongeveer in dwarsrichting Bij een symmetrische afscherming en 'neutrale' damp wordt de verdamping in principe bepaald door de windsnelheid langs het wegdek en de uitwisseling van lucht (in- en uittreden van lucht) van "binnen" naar "buiten" de schermen. Zie figuur 5.2. We bepalen de verdamping door wind die over een scherm 'invalt' met de standaardformule (formule I), echter met een aangepaste referentie-windsnelheid. Deze wordt benaderd als een functie van de schermhoogte en de afstand tussen de schermen aan de bovenzijde. 0,1 a, Uref = Uwind
•
-H-+-O-1-B,
(3)
0
waarin: Vref Uwind Bb
Be H
982223.C54
de de de de de
voor de verdamping maatgevende windsnelheid over de plas (mis) windsnelheid 'buiten' (mis) breedte tussen de schermen aan de bovenzijde (m) afstand tussen de schermen aan de onderzijde (m) hoogte van de schermen (m)
31
Voor waarden van B, die naar nul naderen zal Uref ook naar nul naderen en voor relatief lage schermen zal Uref naderen tot Uwind' Voor de windsnelheid Uwind bij viaducten zal wegens de elevatie eventueel een hogere windsnelheid dan op grondniveau genomen worden.
Figuur 5.2:
Schematische voorstelling van dampvorming en -verspreiding bij dwarswind
De bronsterkte van de verdamping (tevens dus van de 'uitgaande' damp) wordt geschat met de standaardformule uit par. 5.3.1. (4)
De dampconcentratie tussen de schermen kan worden geschat door uit te gaan van de relatie (5)
met Cs Q Uref
Lp1as Bb
:
de doorsnedegemiddelde concentratie ter plaatse van de plas (kg/m"); de dampbronsterkte (kg/s) de referentiewindsnelheid (mis) de lengte van de plas (m) breedte tussen de schermen aan de bovenzijde (m).
Wind ongeveer in lengterichting In deZe situatie is. deVefdamping identiek aan die voor de open situatie (par. 5.3.1). Voor de dispersie geldt dat voor wolkhoogten lager dan de schermhoogte de situatie vergelijkbaar is met die in een tunnel (par. 5.3.3). Uiteindelijk zal echter vrijwel alles over de schermen rollen. Dit geldt vanaf het punt waar O,IX ongeveer gelijk is aan de schermhoogte. In feite is vanaf daar sprake van een (vrijwel) open situatie waarvoor de standaardformules weer geheel gelden.
982223.CS4
32
Wind uit diverse richtingen over niet geheel omsloten constructies Voorgesteld wordt om de windroos in 8 sectoren van 45 graden in te delen en wel als volgt: - wind uit richtingen van 22,5 graden plus en min ten opzicht van de wegas worden beschouwd als wind in lengte-richting; - wind uit richtingen van 22,5 graden plus en min de dwarsrichting wordt opgevat als dwarswind; - voor wind in de vier overige sectoren wordt voorgesteld een gemiddelde te nemen van de concentraties voor lengte-richting en dwarsrichting.
5.3.5
Niet-symmetrische situaties
In het voorgaande zijn suggesties gedaan voor aanpassingen van de berekening van fysische effecten in de open situatie voor het geval van symmetrische afscherming. De rekenmethoden voor niet-symmetrische schermen (bijv . links wel, rechts niet) zijn weer aanpassingen op de methoden voor symmetrische afscherming. Dit rapport is niet de juiste plaats voor een dergelijke mate van detail, maar enige principes kunnen worden aangegeven. Voor het indicatief berekenen van de vloeistofverdamping en dispersie bij enkelvoudige schermen of luifels links of rechts van de (spoor )weg: - neem voor Uref bij benadering de halve windsnelheid; - de initiële wolkhoogte achter (aan de lij-zijde van) het scherm is gelijk aan de wolkhoogte; - de wolkbreedte is analoog aan de symmetrische situatie. Voor het geval dat de plas (het ongeval) zich aan de loefzijde van het scherm bevindt: - de wolkhoogte aldaar is bij benadering gelijk aan de halve schermhoogte; - een ander verschil met de symmetrische situatie is dat er voor het scherm vrijwel geen concentratie-opbouw tegen de windrichting plaatsvindt. Tussen schermen (bij dwarswind) echter wel. Dit is van belang voor het interne risico. Of daarin feitelijk verschil optreedt, hangt af van de weghelft waar het ongeval plaatsvindt.
5.3.6
Dicht-open-dicht-open-constructies
Het gaat in dit geval om de invloed van ornhullingsconstructies waarin op geregelde afstanden openingen voorkomen. Het aangeven was robuuste rekenmodellen voor dergelijke gevallen is niet eenvoudig. Dat komt onder andere door de potentieel grote invloed van de vormgeving. Berekeningen daarvan zijn inherent complex.
982223.C54
33
Met combinaties van de eerder gegeven rekenmethoden kan slechts een ruwe indicatie worden gegeven. Dicht-open-dicht-open-constructies (DODO's) hebben in principe een vrij grote invloed op de dispersie van lichte gassen. Hete rook gedraagt zich als relatief licht gas. Bij openingen van voldoende formaat en geschikte vorm kan men zeggen dat de tunnellengte (voor rookverspreiding) beperkt is tot de afstand tussen de openingen.
5.4 Verdamping en dispersie bij (tot vloeistof verdichte) gassen
5.4.1
De 'normale' open situatie (gassen)
Voor de effectberekeningen van ongevallen met tot vloeistof verdichte worden doorgaans (globaal) de volgende uitgangspunten gehanteerd:
gassen
De precieze gang van zaken hangt af van de vraag of het (vloeibaar) gas uit een gat stroomt ('continue bron') of direct geheel vrijkomt ('instantane bron'). In de meeste gevallen koelt het verdampende gas zodanig af dat een zwaargaswolk ontstaat. Voor de karakteristieken van de bron wordt voorgesteld om conform het ontwerp voor het Paarse boek te hanteren: a. continue bron 100% verdamping (tot zwaar gas); b. instantané bron : - 2x initiële flashverdamping (flash + druppelverdamping) voor flashpercentages tot 10%. De rest is koude plasverdamping; - 100% verdamping voor flashpercentages > I 0%. De verdamping uit de koude plas wordt vooral bepaald door de mate waarin aan de ondergrond warmte kan worden onttrokken. De mate van verdamping kan voor tunnels en afgeschermde situaties eveneens met standaardmodellen worden berekend.
5.4.2
Verdamping en verspreiding in tunnels
In principe doen zich hij grote uitstromingen van tot vloeistof verdicht gas in tunnels een aantal effecten voor die tot een andere situatie leiden dan in een open. situatie: - de vloeistof die onder druk uitstroomt, stroomt op relatief korte afstand tegen de tunnelwand aan, die daarmee als een soort spatscherm fungeert. Door dit effect wordt het uitregenen versterkt (minder directe verdamping); - bij het spatten tegen de tunnelwand of tegen andere obstakels in de directe omgeving wordt warmte onttrokken aan deze objecten hetgeen tijdelijk de verdamping bevordert;
982223.C54
34
- door het vrijkomen in een begrensde ruimte is de inmenging van omgevingslucht meer beperkt dan in een open situatie waardoor er sneller een zeer koude wolk met hoge dampconcentratie uitslaat hetgeen de druppelverdamping zeer beperkt. Naarmate de uitstroming groter is zullen deze effecten sterker optreden. In onderstaand tabelletje wordt een overzicht gegeven van de voorgestelde benadering. In principe is invloed van de wandisolatie mogelijk. We nemen vooralsnog aan dat de verdamping op de wand (ook) ongeveer gelijkwaardig is aan 1x flashverdamping. Denkbaar is dat bij een continue bron in een tunnel geen 100% verdamping optreedt ('uitregenen' door tekort aan in te mengen lucht). Eventueel moet hiervoor een formule worden ontwikkeld. 'kleine'
continue bron
Verdamping in principe 100%. Voorwaarde ventilatie is voldoende groot om druppelverdamping te bewerkstelligen, zo niet dan 2x initiële flash. Rest = koude plas
grote continue bron of instantane
bron
Verdamping in principe 2x initiële flash, tenzij ventilatie te beperkt is om 2x initiële flash te bewerkstelligen. Rest koude plasverdamping
Tabel 5.2: Voorgestelde modellering van de verdamping van tot vloeistof verdichte gassen in tunnels De gasconcentratie kan bij benadering op de onderstaande wijze worden berekend. Aangenomen wordt hierbij dat bij grote uitstromingen het verdampte gas binnen de tunnel volledig opmengt. Hierbij is ook sprake van verdringing. Bij kleine uitstroming zal zich een zwaargaswolk in de tunnel kunnen vormen. Dit zal zich voordoen wanneer de berekende wolkhoogten volgens zwaargasdispersie lager zijn dan de tunnelhoogte. Vooralsnog wordt voorgesteld om uit te gaan van de relatie:
c '"
(6)
waarin: C : de Q : de Uv : de A : de
gasconcentratie (kg/m") hiervoor aangeduide bronsterkte van verdamping (kg/s) ventilatie windsnelheid (m/s) doorsnede van wolk (m''); A is maximaal de buisdoorsnede.
De eerste benadering is dat de initiële rijwind of ventilatie het gas naar één zijde verplaatst (bij instantaan vrijkomen zal dit niet geheel kloppen).
982223.C54
35
5.4.3
Verdamping en verspreiding bij afscherming
Voor situaties waar alleen sprake is van schermen langs de weg wordt aangenomen dat de verdamping hetzelfde is als in de open situatie. Aan de hand van figuur 5.3 wordt aangegeven in hoeverre de zwaarte van het gas een rol speelt bij het al dan niet verspreiden over de afscherming (geluidsschermen, luifel, kuip). UwIná
Figuur 5.3:
Geluidsschermen beperken de verspreiding van zwaar gas in dwarsrichting
Het dichtheidsverschil, de windsnelheid en de afschermingsmeten bepalen de verspreiding. Bij een gering dichtheidsverschil tussen wolk en omgevingslucht zal de verspreiding verlopen zoals beschreven in paragraaf 5.3.3. Echter de luchtinmenging in het zware gas zal minimaal zijn indien: Ap . g . H 2
P U
)
1
(7)
re!
Hierin zijn: Uref de referentie-windsnelheid (m/s) g de versnelling van de zwaartekracht (m/sec") H de hoogte van de schermen (m); p de dichtheid van lucht (kg/m") Ap het dichtheidsverscbil tussen de wolk en lucht (kg/m") Wanneer aan de fOfJllule wordt voldaan(tè Zwaar gas), dan zal vooral uitzakking van de wolk optreden. Bijeen windrichting die niet precies loodrecht op de weg staat, volgt dan in feite verplaatsing naar het einde van de schermen. Uit de zojuist geven formule valt een kritische dichtheid af te leiden en daarmee de hoeveelheid lucht die minimaal ingemengd moet worden om de wolk over de schutting te krijgen (bij windsnelheid Uref en scherm hoogte H).
982223.C54
36
De hoeveelheid lucht die ingemengd wordt als functie van de wolklengte en de opening tussen de schermen kan worden benaderd met: (8)
waarin: Lw de wolklengte (m) U de windsnelheid (m/sec.) B, de bovenopening tussen de schermen (m) Hieruit volgt de minimale wolklengte die bepalend is voor de 'Iijnbron' van ingemengd gas dat over de schermen zou komen: L (min) w
waarin: Qlucht(min):
=
Qlucht
0.1
*
(min) U * Bb
(9)
de minimale hoeveelheid lucht die inmengt voordat de wolk over het scherm gaat.
Wanneer blijkt dat Lw (min) > Lschenn.dan treedt vrijwel uitsluitend verplaatsing naar de uiteinden op (bij 'scheve' wind: één uiteinde). Bij het einde van de afscherming moeten drie situaties worden onderscheiden: a. een horizontale situatie. Op dit geval is het zojuist beschreven model toegesneden; b. schermen langs een aflopende helling (bij viaduct bijvoorbeeld). Een zwaar-gaswolk zal zich hierdoor sneller naar de uiteinden verplaatsen dan het model aangeeft; c. verdiepte ligging (een 'kuip' waarvan de wanden als scherm fungeren), waardoor een hola-up-effect ontstaat. Dit houdt in: een langere bronduur aan het uiteinde, met een lagere concentratie dan het model suggereert.
5.5 Piekoverdrukeffecten bij overkappingen/tunnels en schermen In gevallen waar piekoverdrukken ontstaan zullen zich in tunnels/bij overkappingen specifieke schade-effecten voordoen. Dit speelt bij: - fysische explosie bij 13LEVE; - deflagratie/detonatie van brandbare wolken. Een kwantificering van piekdrukken in en constructiesterktes van omsloten constructies is in dit onderzoeksproject niet vervat. Algemeen wordt thans aangehouden dat bij BLEVE's (met ontsteking) en bij deflagratie/detonatie van brandbare wolken er sprake is van overlijdenskans van één voor personen in de betreffende tunnelbuis. 982223.C54
37
Bij een BLEVE (initieel een fysische explosie) van een tankauto of spoorketelwagen met LPG, ammoniak of chloor, zal de piekoverdruk significant hoger zijn dan I baro. Naast het effect van blootstelling aan toxische wolk en/of vertraagde ontsteking zal dit in voorkomende gevallen eveneens tot een overlijdenskans van vrijwel één leiden voor personen in de tunnelbuis. Daarbij komt dat er tevens een gerede kans is op bezwijken van een deel van de constructie. De cumulatie van effecten levert voor de interne veiligheid een duidelijk beeld. Wanneer 'bezwijken' precies optreedt, is in het algemeen echter moeilijk aan te geven (sterk afhankelijk van de constructie). Het eventueel bezwijken van de constructie van een tunnel of overkapping is van belang voor: a) de interne veiligheid, namelijk voor zover een detonatie, deflagratie of BLEVE de/een andere buis ernstig kan beschadigen. Bij relatief lichte overkappingen ('tent') met tussenwand moet erop worden gerekend dat deze constructie (zelfs) niet tegen een BLEVE bestand is; b) de externe veiligheid. De effecten van eventueel bezwijken op de externe veiligheid zullen in het algemeen beperkter zijn dan in de ' open situatie' . Bij de zwaardere en dieper liggende tunnels zal het externe risico door bezwijken in het algemeen gering zijn. Een aandachtspunt is overigens de mogelijkheid aan overstroming wanneer de tunnel een water(kering) doorkruist. Naarmate de tunnel oppervlakkiger ligt ('bunker') met name bij bebouwing daarop of aansluitend, wordt het externe risico door bezwijken eventueel relevant. Dit geldt met name wanneer instorting van de tunnel ('bunker') direct tot slachtoffers buiten tunnel kan leiden. Echter, ook voor lichtere constructies zoals overkappingen ('tent') is het externe risico relatief beperkt zolang instorting van de overkapping of omvallen van schermen niet direct tot 'externe' slachtoffers kan leiden. Bij (gedeeltelijk) lichte overkappingen kunnen door een BLEVE of zwaardere ontploffing brokken van de constructie worden weggeslingerd. Hierdoor bestaat op verdere afstand een slachtofferkans. Het gaat hier echter om verhoudingsgewijs kleine bijdragen aan het risicobeeld.
982223.C54
38
5.6 Rook- en hitteverspreiding en gevolgen daarvan in tunnels Ten opzichte van de open (spoorjweg is nog een extra effectmodel nodig, namelijk voor rook: Het ontstaan van rook, rookverspreiding en de gevolgen van blootstelling aan rook (hete, giftige gassen/dampen). Gevaarlijke blootstelling aan rook van bijvoorbeeld een vrachtautobrand kan in feite alleen in (vrijwel) geheel omsloten constructies optreden (tunnels, bunker, tent). Duidelijk is dat het gaat om een aspect van interne veiligheid. Het hieronder volgende eenvoudige rookmodel is ontleend aan de Handleiding (brandjrisico-analyse van ondergrondse rail wegen [8]. Het doel ervan is een eerste ruwe indicatie geven van de aard/omvang van eventuele problemen. Voor een nauwkeuriger beeld zijn zogenoemde CFD-berekeningen nodig (computational Huid dynamica). De ijking van zulke modellen kan overigens problematisch zijn. De interpretatie van de uitkomsten wordt bovendien bemoeilijktdoor twee onzekere factoren: - de grootte/ontwikkeling van de brand c.q. de rookbron; - de samenstelling en (start)temperatuur van de rook en de gevolgen ervan op mensen op hun vluchtvermogens en uiteindelijk op hun overlevingskansen. Deze onzekerheden zijn inherent aan de praktijksituatie van een brand in een tunnel. Ze gelden dus voor ruwe én fijnzinnige modellen. In het onderstaande wordt er dan ook expliciet aandacht aan gegeven. De aan ref. [8] ontleende ruwe modelbenadering is voor het verspreidingsgedeelte van toepassing op rook als' giftig gas' én op rook als 'hete lucht'. Anders gezegd: de verderop beschreven mengfactor werkt voor deze beide aspecten van rook op dezelfde wijze. Men kan daaruit relatief eenvoudig afleiden wanneer (door rook) te hoge temperatuur optreden. Voor het giftigheidsaspeet van rook wordt een gevolgindicatie gegeven die is gebaseerd op zogenoemde probitrelaties.
5.6.1
Uitgangspunten voor de benadering
De volgende uitgangspunten worden gehanteerd: - de brand wordt in feite opgevat als een warmtebron die lucht in beweging brengt. Het vermogen van de brand in MW en de maatgevende temperatuur vAA.derookga$sen zijn bepalend.voor.deboeveelheid lucht; - de hoeveelheid rook/lucht die in beweging wordt gebracht hangt af van de inmenging van lucht bij de brand. Bijeen grotere brand (megaWatts) van een ketel/vrachtwagen in de tunnel treedt lokaal een zuurstoftekort op, ondanks inmenging van omgevingslacht die reeds direct bij de bron plaatsvindt. Zolang er beduidend koelere lucht kan blijven toetreden is de verwachte temperatuur van de rook 'uit de bron' beduidend lager dan l300K.
982223.C54
39
In de benaderingsmethode zijn de volgende 'initiële' temperaturen uitgewerkt: 673, 873 en I073K. De waarde voor de temperatuur bepaalt (in het model) hoeveel lucht in beweging wordt gezet, gegeven het vermogen van de brand; - de 'lucht' is in feite verontreinigd door verbrandingsproducten met diverse toxiciteiten. Samen met een niet precies bekende toxiciteit. Voor het gezamenlijke effect wordt een pessimistisch CO-percentage aangehouden. De gebruiker kan overigens 'vrij' CO-percentages invullen; het betreft volumeprocenten in de rook bij de bron. Het model levert een indicatie van het CO-percentage in de 'lucht' op gaanshoogte. Dat gaat via een mengfactor. Dezelfde mengfactor geldt overigens ook bij benadering voor de temperatuur in de lucht op gaanshoogte. Men kan daarmee het gezamenlijk effect van (te) warme lucht en 'CO' afschatten. Het CO-percentage op zichzelf wordt met het model omgerekend naar een Ietaliteitspercentage; - aangenomen wordt dat tunnel ventilatie (indien aanwezig) de rook/lucht naar één kant zal drukken. Wanneer de ventilatie goed is ontworpen en goed functioneert zal dan vrijwel geen rook tegen de ventilatierichting ingaan (weinig of geen back-layering). Het praktische gevolg is wel dat aan de lijzijde van de brand moet worden gerekend op een door rookgevulde doorsnede van de tunnel. Dit is ongunstig voor eventuele aanwezigen aldaar (meestal in rijrichting voorbij de brand). In de praktijk kost het overigens tijd voordat de ventilatie start. Het opschakelen naar maximaal vermogen zal veelal door de tunnel-operator gebeuren (reactietijd). Ook na het aanschakelen duurt het nog een aantal minuten (3 en meer) voordat deze zijn beoogde effect heeft. - voor het geval er geen tunnelventilatie is of deze niet in werking is gesteld, wordt een eenvoudig zonemodel voor de rookverspreiding gehanteerd. Dit houdt in: Er is een kritische verhouding tussen brandvermogen, rooktemperatuur en tunnelhoogte en -breedte. Deze verhouding wordt gekarakteriseerd met het zogenoemde Riohardson-getal en het Fronde-getal. Aan de 'goede' kant hiervan treedt rookstratificatie op (rook langs het plafond, inkomende verse lucht langs de vloer). Zie figuur 5.4.
Figuur 5.4:
982223.C54
Schematische weergave van rookverspreiding (wel/geen stratificatie) 40
5.6.2
Hoofdlijn van de uitwerking
Met het hiervoor genoemde, overigens vrij ruwe model wordt een indicatieve berekening van rookverspreiding en rookeffecten met beperkte middelen mogelijk. Het gehanteerde zonemodel wordt vereenvoudigd tot: a' een gecombineerd kental dat aangeeft wat de rookconcentratie en de rooktemperatuur wordt op grondniveau (wel/geen/gedeeltelijke stratificatie); b. een ruwe indicatie van de afstand waarover de eventuele stratificatie in tact blijft (gegeven een 'gladde' tunnel). Indien de tunnellengte groter is dan die afstand, gaat de afgekoelde rook dalen en met de beneden stroom mee terug naar de brand. Met andere woorden: er treedt toenemende luchtvervuiling op. Wanneer de aanwezigen in de tussentijd niet naar veiliger gebied zijn gevlucht, is de waarschijnlijke afloop voor hen slecht. In figuur 5.5 is de gehele bepaling schematisch weergegeven.
Bepaal tunnel-hoogte (h) en breedte W 6n m)
Schat rooktemperatuur bij de bron
SchatbrandVermogen (Q, inMW)
Lees lig.
ae af
Indicatie: mengfactor F = ....
Check aflItand c.q, tijdsduur (llguur 5.7)
Schat CO-percentage
Check met de anatoge ragel
bij de bron (COb)
ook de temperatuur
SChat de expositIeduur onder die omstandlghed
Figuur 5.5: 982223.C54
Lees lig 5.S af
Ag S.S 'geldt' voor 873 K corr, 00% evt met 873/1 073, atc
De benaderingsmethode in de vorm van een stappenschema 41
Voor een verklaring van de methode, meer formules en voorbeelden wordt verwezen naar [8]. Hier wordt volstaan met enige toelichting op de geschetste aanpak. De rookconcentratie in de onderstroom naar de brand wordt afgeleid uit de zogenaamde mengfactor. Deze wordt bepaald aan de hand van figuur 5.6. factor 1.1
1 1
1
0.9
1
1 1
•
0.8
1 1 1
0.7
1
1 1
.s
0.6
1 1 1
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
o
o
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
alC Tr •••873 KTr •••573 Tr •••1073
Figuur 5.6:
De meng/actor geeft een schatting van de CO-concentratie en temperatuur in rook in een tunnelsectie
De ingangsgrootheid
voor figuur 5.6 is: (10)
Q/C waarin: Q C W h
het per scenario veronderstelde thermische megawatt (MW); W x h x.v'h (m2•S) de breedte van de tunnel in meters (m); de hoogte van de tunnel in meters.
982223.C54
vermogen
van de brand in
42
Met de factor C wordt dus het vermogen van de brand ' geschaald' met de maten van de tunnel(buis) doorsnede. De hoogte blijkt daarbij met een macht van 1,5 mee te tellen. Opmerkingen: I) De beschreven aanpak betreft d-us tunnels met rechthoekige doorsneden. Tunnels met andere (cirkel-vormige?) doorsneden zou men voorlopig met een rechthoeksvorm moeten benaderen. Deze aanpak heeft voorts beperkingen bij onregelmatigheden in de tunneldoorsnede. 2) Men moet de temperatuur van de rook bij de bron schatten en daarmee de te hanteren lijn uit figuur 5.6 selecteren.
Uit figuur 5.6 blijkt dat in bepaalde gevallen (bijv. te hoog brandvermogen) geen stratificatie zal optreden. Er is dan volledige menging (factor > 1). Wanneer er bij de brand wel stratificatie is, zal deze door afkoeling op verdere afstand zwakker worden. Er komt dan steeds meer rook in de retour stroom naar de brand.
X/(h "3/2) 20
, ,,
,-,
Jt.".
18
,
._.,-,.
, 16 14 12
•
\ \
10
••
673~
8
•
6 4
2
o
o
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
QIC Tt •••873 K Tr •• 673 Tt •••1073 K
Figuur 5. 7:
Indicatie van de afstand X (m) waarover stratificatie kan voortduren
Een indicatie voor de afstand waarna het verdwijnen van een gestratificeerde rook/luchtscheiding kan blijven bestaan, geeft figuur 5.7. 982223.C54
43
De ingangsgrootheid is wederom Q/C. Daaruit volgt X/h'·5, waaruit de gebruiker X kan berekenen. In de in figuur 5.7 aangegeven afschatting relatie zijn diverse factoren verwerkt, onder andere de warmtegeleiding van het tunnelplafond. Hierbij is aangenomen dat het om ongeïsoleerd bewapend beton gaat. Gegeven een als indicator gebruikt CO-percentage in de rook bij de bron, kan een schatting van het CO-percentage in de lucht op gaansniveau worden verkregen: CO% op gaansniveau ~ CO%bron* F/h
(11)
waarin: F : de (meng)factor uit figuur 5.6 h : de hoogte van de tunnel. De effecten van de hiervoor gekarakteriseerde situatie hangen af van: - de hitte ter plaatse: wanneer de stratificatie vervalt, wordt het op gaansniveau potentieel zeer warm; - de CO-concentratie in de benedenlucht; - de verblijf tijd (vluchttijd/afstand) van mensen in een dergelijk milieu.
Overl.percentage
50
I
40
3 ,," ,, , I
.
,t ,,
,t ,,
30
, ,,, ,t
0.5 ,/
20
0.3 10
0.1
o
.-.-.-._. o
w
~
30 40 Expol!litleduur (minuten)
50
00
1 % S % 1.5% 0.5 % 0.3 % 0.1 % 0.8 %
Figuur 5.8: 982223.C54
Effect-indicatie (% letaal) van CO-doses 44
Een indicatie van de schadelijkheid van een bepaalde CO-dosis kan worden ontleend aan het 'Groene boek' een Nederlands standaardwerk voor het 'Bepalen van mogelijke schade aan mensen en goederen door het vrijkomen van gevaarlijke stoffen' (lit, [11], probitrelatie). Het betreft letale doses bij normaal ademtempo (zie verder). In figuur 5.8 is een grafisch beeld gegeven van de betrokken overlijdenskansen voor verschillende CO-percentages in de adem lucht. Voor deze toepassing moet men er overigens rekening mee houden dat de effect-relatie voor dit geval wellicht aan de optimistische kant is. De reden is dat trein-Zautoreizigers die in een tunnel bij een brand betrokken raken, zullen trachten te vluchten. Dat levert in de omstandigheden een meer dan normale inspanning op. Het is mogelijk dat hierdoor bij doses die een factor 5 lager zijn al ernstige verschijnselen (bewusteloosheid) optreden. De uitkomsten zouden hierdoor sterk beïnvloed worden. Een factor 5 op de concentratie zou verdedigbaar zijn als men veronderstelt dat bewusteloosheid in de omstandigheden identiek is aan het oplopen van een letale dosis (dus geen voldoende snelle hulpverlening). In figuur 5.8 is verwerkt dat de CO-concentratie in de hete rook verandert wanneer deze zich mengt met lucht van een normale temperatuur. Dit geldt althans voor de concentratie in mg/m" die als tussengrootheid wordt gebruikt in de probitrelatie. Gerekend is met 873K (temperatuur aan de bron). Bij andere temperaturen kan men het berekende COO/Óeenvoudig corrigeren. Voor bijvoorbeeld 1673K: vermenigvuldig met 873/1673. Nogmaals: voor de mathematische achtergronden van het een en ander wordt verwezen naar [8] en de daarbij gebruikte basisliteratuur.
5.7 Mitigerende maatregelen In het voorgaande zijn reeds diverse punten aan de orde geweest die het risico kunnen beïnvloeden/beperken. In deze paragraaf richten we ons specifiek op het beperken van de gevolgen van een ongeval met gevaarlijke stof door beperking van het aantal blootgestelde personen en van de biootstellingsduur (expositieduur), Beperking van de expositieduur is vooral aan de orde bij brand (blootstelling aan rook) en ongevallen met giftige gassen/dampen. Beperking van hetaantal blootgestelden kan wanneer het ongevalsscenario daarvoor de tijd geeft. Bijvoorbeeld doordat men na een ongeval een BLEVE kan. zien. aankomen", De.' explosieve 'ongevalsscenario' sgaan overigens. te snel om dan nog te vluchten. Expositieduur is daarbij geen relevant gegeven.
2)
Dit geldt althans voor BLEVE's gas opwarmt.
982223.C54
die ontstaan door een externe brand die de tank met vloeibaar
45
Figuur 5.9 geeft een schematisch beeld van de mogelijkheden, zonder overigens dieper in te gaan op de daarvoor benodigde voorzieningen zoals vluchtdeuren etc., etc (zie eerdere paragrafen en literatuur daarover). Deze paragraaf richt zich vooral op de aanpak voor kwantificering van de bedoelde mitigerende aspecten. Voor ongevallen waarbij een wolk giftig gas/damp (met bekende probitrelatie e.d.) op drift gaat, wordt de afloop daarvan bepaald door: a. de initiële aanwezigheidsgraad van mensen binnen en buiten. Deze is bij 'traag' uit de hand lopende gebeurtenissen in principe te beïnvloeden; b. de vluchtsnelheid van mensen die zich buiten bevinden; c. het ventilatievoud voor mensen die zich binnen (huis, kantoor, auto) bevinden.
:~~iriti.I:. ja
Bl.EIIE e. ei
·.~l'1Qjwr
'.'.àu/ll
vooral'.'
is er reactietijd tot hetkritieko moment?
nee
ja
is het krltieke effect vrijwel instantaan?
nee brand/rook, tox. damp
1::>:<:::1
Figuur 5.9:
... Mogelijk aangrijpingspunt
voor mitigerende maatregelen
Schematisch overzicht van mogelijkheden en beperkingen van maatregelen die de afloop van ongevallen met gevaarlijke stof bepalen, inclusief brand/rook
Om te beginnen wordt geschetst hoe tot dusverre in de 'standaardmethode' externe veiligheid in de open lucht, met deze zaken wordt omgegaan.
982223.C54
EJ
voor
46
5. 7.1
De standaardaanpak voor in de open lucht
In de standaardaanpak voor bepaling van groepsrisico wordt géén ontvluchting of evacuatie vooraf verondersteld. Eventuele mitigerende effecten volgens punt a (beïnvloeding aanwezigheidsgraad, zie de vorige bladzijde) worden dus niet verwerkt. Met betrekking tot de punten b en c (vluchtsnelheid en ventilatievoud) is de standaardaanpak als volgt: een geaccepteerd uitgangspunt is dat gemiddeld over dag en nacht ongeveer 90% van de mensen binnen is. Deze personen hebben daarmee doorgaans een behoorlijke bescherming tegen 'langskomende' gas/dampwolken. Daarom wordt in de gebruikelijke berekeningen slechts 10% van de aanwezige personen aan de wolk blootgesteld. Voor nauwkeuriger bepalingen zou men uitspraken over vluchtsnelheid en ventilatievoud van woningen en gebouwen moeten doen. De berekening zou daarna nog steeds betrekkelijk eenvoudig zijn. Wat ontbreekt zijn geaccepteerde uitgangspunten voor de thans nog 'vrije parameters' van vluchtsnelheid en ventilatievoud. In de normale aanpak wordt voor de blootstelling aan brand (hitte) het volgende aangenomen: a. BLEVE's: blootstellingsduur wordt bepaald door het effect zelf (kort); b. brand: 20 seconden, omdat men zich in principe uit de voeten kan maken. De aanpak is in de standaardberekeningen ruwen eenvoudig.
5.7.2
voor de open lucht dus betrekkelijk
Voorgestelde aanpak bij tunnels en overkappingen
Bij de beschrijving van de aanpak moet worden onderscheiden: I. met welk modelprincipe wordt gewerkt; 2. met welke getallen wordt gerekend (eventueel verschillende, onzekerheid).
met
Het voorstel over het mode/principe is: rekenen in termen van aantal aanwezigen, bleótstelliagsduur aan concentraties, met probitrelaties c.q. letaliteitspercentages. Dit komt overeen met de standaardmethode. Het is evenwel ' eenvouc,iig' .ommetbetere basiscijfers de nauWkeurigheid .van. de modellering te verbeteren (ten opzichte van de open lucht). Dit brengt ons op het tweede punt: De te hanteren getallen over aantal aanwezigen/blootgestelden, de vluchtsnelheid c.q, de expositieduur en dergelijke. De lering uit diverse eerdere tunnelstudies is dat de cijfers hiervoor sterk afhangen van de specifieke situatie: De structuur en inrichting van een tunnel, eventueel sturend optreden vanuit een controlekamer en dergelijke. 982223.C54
47
Met name de organisatorische punten, het gedrag van mensen en de in de praktijk aanwezige reactietijd zijn belangrijke onzekerheden. De moraal is dat de te hanteren cijfers aan de hand van de specifieke situatie moeten worden geschat en dat wellicht diverse gunstige/ongunstige scenario' s op dit punt moeten worden geëvalueerd. Belangrijke aspecten die in elk geval moeten worden meegenomen zijn: a. de invloed van zicht (rook) en irritatie (giftige stof) op de vluchtsnelheid. Dit vergt concentratie-berekeningen voordat de 'definitieve' inschatting van vluchtsnelheden te maken is; zie ook figuur 5.9; b. de vluchtweg (lengte, capaciteit) en de mate waarbij men zich daarbij zelf kan redden.
982223.C54
48
6
Conclusies en aanbevelingen
6.1 Algemeen overzicht In dit rapport zijn enige relatief eenvoudige modelprincipes voorgesteld voor het berekenen van de interne en externe veiligheidsrisico' s bij tunnels, overkappingen en bij schermen langs (spoorjwegen. De voorgestelde modelprincipes sluiten aan bij de methoden die gebruikelijk zijn bij het bepalen van de risico's van (spoor)wegen in het 'open veld'. De naar verwachting haalbare nauwkeurigheid komt overeen. Wel zal nog calibratiewerk nodig zijn (zie onder 6.2). Bij risicoberekeningen in het 'open veld' wordt het intern risico niet verwerkt. Bij tunnels en overkappingen is dat zeker niet terecht. In dit rapport worden modelvoorstellen gedaan om met beperkte aanpassingen van bestaande methodieken een representatief beeld van de interne risico 's te verkrijgen voor deze bijzondere situaties. Er zijn hier enkele bijzonderheden: - brand. in de open lucht is een beperkt probleem, echter niet in tunnels en overkappingen. Voor berekening van dit interne risico is de methode ontleend aan een handleiding voor treintunnels. Het bijzondere aan de methode is dat hij - in tegenstelling tot gebruikelijke methoden voor berekening van rookverspreiding - goed past in het kader van de gebruikelijke risicoanalyses. - explosies in tunnels en overkappingen kunnen heftiger zijn dan in de open lucht. De gevolgen voor het intern risico zijn relatief eenvoudig te kwantificeren. Bepalend is vooral hoeveel mensen erbinnen de tunnel/overkapping aanwezig zijn. Een mogelijke complicatie is het al dan niet bezwijken van een tussenwand in de overkapping of -tunnel. In dit rapport zijn geen modelvoorstellen gedaan voor het berekenen van piekdrukken in relatie tot de constructieschade (sterkte); - de verdamping van niet kokende vloeistoffen in tunnels en bij overkappingen zal in het algemeen geringer zijn dan in het vrije veld door kleine plasoppervlakken. De concentraties in tunnels en overkappingen zullen echter relatief hoog zijn vanwege de begrensde dispersie. In het bijzonder voor zeer toxische stoffen zal dit kunnen leiden tot een hoog intern risico. Algemeen kan worden gesteld dat in tunnels en onder overkappingen er sprake is van een· hogeroverlijdensrisico .voor- aanwezigen bij ongevaUen .waarbij sprake is van brand/explosie en/of het vrijkomen van toxische stoffen, dan in het open veld.
982223.C54
49
Voor de externe veiligheid geldt het omgekeerde, in het algemeen is er sprake van een verlaging van het risico ter plaatse van een tunnel of overkapping. Uitzonderingen op deze 'regel' zouden situaties kunnen betreffen waarbij sprake is van instorting van direct omliggende bebouwing door explosie in een tunnel. Voor effecten waarbij dispersie (toxische wolken) een bepalende rol speelt, wordt het risico verschoven naar de uiteinden van de constructie. Het externe effect van ontploffingen (BLEVE, deflagratie, detonatie) in tunnels is naast/boven de tunnel gering, tenzij hij oppervlakkig ligt. Bij direct aansluitende/bovenliggende bebouwing kan dan toch sprake zijn van extern gevaar. Bij overkappingen en hoge schermen moet bij een ontploffing rekening worden gehouden met instorting. Wanneer daardoor geen slachtoffers kunnen vallen, is het externe risico voor personen verhoudingsgewijs beperkt. Een kwantificering van piekdrukken ten opzichte van constructiesterkte wordt in dit rapport niet gegeven. Nieuw is de voorgestelde methode voor het berekenen en van in- en extern risico bij geluidsschermen en luifels. Daarin wordt zoveel mogelijk gebruik gemaakt van bestaande middelen voor de 'open' situatie. Dit biedt goede perspectieven voor een representatief en gelijkmatig risicobeeld bij overgangen van open naar afgeschermde situaties. De methode zal echter niet voldoende precies zijn om te worden gebruikt voor het dimensioneren van schermen om (bijvoorbeeld) daarmee het extern risico gericht te beperken. In het onderzoek zijn de kansfactoren en fysische modelparameters beschouwd, kwalitatief gewaardeerd en vervolgens al dan niet met behulp van vereenvoudigde relaties gekwantificeerd. Hier onder wordt een overzicht op hoofdpunten gegeven.
6.1.1
De kansfactoren
Ongevalsjrequentie - Ten opzicht van autosnelwegen is de ongevalsfrequentie in verdiepte tunnels ter plaatse van de in- en uitgangen, als gevolg van het hellingeffect en het lichteffect, circa een factor 2 hoger (Iit, [2], par. 36). Voor overige situaties zijn er geen indicaties voor een significante invloed. Lekkagekans - De invloed van bouwvormen op de lekkagekans wordt bij wegvervoer gering geacht. Bij spoortunnels is dit mogelijk anders, vanwege de invloed van geleide profielen. Voorgesteld wordt geen algemene correcties toe te passen. Kans op directe ontsteking - De invloed van bouwvormen op de kans voor directe ontsteking wordt gering geacht. Voorgesteld wordt geen algemene correcties toe te passen. 982223.C54
50
Kans op vertraagde ontsteking - Voor gesloten construetiesïtunnels, overkappingen) wordt in het algemeen een hoge kans op vertraagde ontsteking verwacht vanwege de hogere concentratie in de omsloten ruimte en het aantal aanwezige ontstekingsbronnen (zoals verlichting). In principe kan dit effect met de bestaande risicomodellen worden berekend. Voor de bovengenoemde kansfactoren geldt dat de uitvoeringsdetails in bepaalde gevallen een significante invloed kunnen hebben. Dit geldt met name in tunnels voor: - besturingssysteem: reduceert de ongevalsfrequentie; - een- of tweerichtingsverkeer: beïnvloedt de ongevalsfrequentie en de kans op vertraagde ontsteking; - geleide profielen: reduceren de ongevalsfrequentie maar hebben mogelijk invloed op de lekkagekans en de kans op directe ontsteking als gevolg van schuren; - (langsjventilatie: beïnvloedt de kans op vertraagde ontsteking. Overwogen kan worden hier nadere waarderingsafspraken onder 6.2).
6.1.2
over te maken (zie
De fysische modellen
Plasgrootte Bij niet-kokende vloeistoffen wordt het plasoppervlak en de aanwezigheidsduur beïnvloedt dooreen aantal factoren die in het rapport worden genoemd. Deels betreft dit factoren die ook voor het open veld van toepassing zijn; zoals bijvoorbeeld wel/geen ZOAB, capaciteit van de waterafvoer/riolering, wel/geen (stoep)randen langs de weg. In het algemeen wordt verwacht dat het plasoppervlak in tunnels kleiner zal zijn dan in de open situatie, als gevolg van de vloeistofopvangsystemen die worden toegepast in tunnels. In eerder onderzoek [12J is op basis van proeven voor tunnels een maximaal vloeistofoppervlak van 2 2 160 m tot 200 m genoemd. Vooralsnog wordt voorgesteld om uit te gaan van 200 m2 voor zowel continue als instantane bronnen.
Verdamping Voor de verdamping van niet-kokende vloeistoffen wordt uitgegaan van een gecorrigeerde referentie windsnelheid. Voor tunnels is dit de ventilatiesnelheid, voor. schennen en .luifels .is. een. interpolatieformule voorgesteld die afhankelijk van de mate van afscherming de windsnelheid reduceert. Dit onderdeel zou nader gecalibreerd kunnen worden (zie onder 6.2). Voor de verdamping van onder druk vloeibaar gemaakte stoffen in tunnels wordt alles afwegendïbeperking druppelverdamping maar extra warmteoverdracht aan wanden en plafond) voorgesteld om vooralsnog geen correcties toe te passen ten opzichte van de open situatie. Dit onderdeel zou nader onderzocht kunnen worden (zie onder 6.2). 982223.C54
51
Dispersie Voor de dispersie in tunnels en overkappingen zijn eenvoudige modellen gegeven, waarbij onderscheid is gemaakt tussen dispersie vanuit niet-kokende plassen en dispersie vanuit spray-release. Voor de laatste situatie is mogelijk een verdere detaillering gewenst (zie onder 6.2). Voor luifels en schermen is op basis van dichtheidseffecten een eenvoudig model voor de afscherming van wolken gegeven. Calibratie van het gehanteerde afschermingscriterium is relevant voor situaties waarbij schermen ook voor afscherming van wolken worden bedoeld. Voor de externe veiligheid is mogelijk het effect van "hold up' bij zware gaswolken in een verdiepte tunnel relevant (zie onder 6.2).
Piekoverdrukeffecten in tunnels De overlijdenskans bij piekoverdrukeffecten in tunnels en bij overkappingen wordt vooralsnog op één gesteld. Voor zeer lange tunnels is dit mogelijk een overschatting. De effecten voor de externe veiligheid zijn in dit onderzoek niet nader gekwantificeerd. Voor situaties waarbij sprake is van bebouwing direct boven of direct naast het kunstwerk zal nog een schademodel moeten worden ontwikkeld. Een specifiek onderzoekspunt daarbij is het gedrag van niet ondergronds gelegen lichtere tunnelconstrueties, waarbij er enerzijds sprake is van een mogelijk lagere piekoverdruk binnen de constructie als gevolg van het snel bezwijken van dak of overkapping, waardoor anderzijds het externe risico weer wordt beïnvloed. Een ander aandachtspunt is het gedrag van tussenwanden in tunnels in het geval van explosies.
Rookverspreiding in tunnels De rookverspreiding en hoge luchttemperaturen in het geval van brand zullen tot slachtoffers ter voor is een eerder ontwikkeld model voorgesteld dit model ook in relatie tot mitigerende factoren
in tunnels en bij overkappingen plaatse kunnen leiden. Hier(Iit. [8]). Een calibratie van is gewenst (zie onder 6.2).
Voor de kansfactoren en de modellen is hier een samenvattende relatieve nauwkeurigheidswaardering gegeven. Aangegeven is in hoeverre de verwachte nauwkeurigheid vergelijkbaar of minder is dan die voor de factoren en modellen die gehanteerd worden voor het ' open veld'.
982223.C54
52
6.1.3
Nauwkeurigheidswaardering Relatieve nauwkeurigheid
Factorlmodel
ongevalsfrequentie lekkagekans kans op directe ontsteking kans op vertraagde ontsteking plasgrootte niet-kokende plasverdamping in tunnels bij schermen/luifels verdamping van tot vloeistof verdichte stoffen dispersie in tunnels bij schermen/luifels plekoverdruk.
rookverspreiding
o -
o o o o o Ol-
keuze referentiewindsnelheid keuze referentiewindsnelheid
o
Ol-
schade buiten tunnel
in tunnels
nauwkeurigheid nauwkeurigheid
Opmerking
dispersie dispersie
zware gassen zware gassen
relevant voor bunkers en overkappingen mate van stabiele gelaagdheid ref. = CFD-modeUering
is vergelijkbaar met die voor ' open veld' is waarschijnlijk geringer dan voor ' open veld'
Tabel 6.1: Overzicht relatieve nauwkeurtgheidsweardering
6.2 Te overwegen onderzoek Aansluitend op paragraaf 6.1 kan op een aantal punten nader onderzoek worden voorgesteld. Waardering van kansbeïnvloedende uitvoeringsdetails Van een aantal uitvoeringsdetails mag worden verwacht dat ze een significante invloed zullen hebben op met name kansfactoren. Voor de waardering van deze kansbeïnvloedende details zou men mogelijk kansn.~ductiefaetoren·kunnen •bepalen opba.sisv8.tlcasuïstiekenenginee:ring judgement zoals dat bijvoorbeeld is gedaan voor BLEVE-reducerende maatregelen bij spoorvervoer of faalkansreductiefactoren voor drukvaten.
982223.C54
53
Verdamping De keuze van de referentie windsnelheid voor tunnel/overkappingen en bij schermen zou via theoretisch onderzoek nader onderbouwd kunnen worden. Vooralsnog wordt geschat dat de invloed beperkt blijft tot een factor 2 in de waarde voor de bronsterkte. De verdamping van tot vloeistof verdichte stoffen in tunnels/overkappingen zou via theoretisch onderzoek nader onderbouwd kunnen worden. Geschat wordt dat de nauwkeurigheid thans echter niet significant geringer is als die voor het open veld.
Gevolgen van ontploffingen in tunnels en overkappingen Met name de externe schade door ontploffingen (BLEVE, deflagratie, detonatie) onder overkappingen en in tunnels die dicht onder de oppervlakte liggen, is onzeker. Daarbij hangt veel af van de specifieke constructie. Het is wenselijk hier met enige voorbeelssitaaties nader zicht op te verkrijgen. Een factor daarbij is de piekdruk van deflagraties/detonaties: Door de omhulling zullen de drukken hoger oplopen. Vaststellen van rekenuitgangspunten hiervoor is aan te bevelen. Bij de voorgaande punten zou moeten worden meegenomen: het bezwijken van een wand tussen afzonderlijke buizen in een tunnel of overkapping. Dit is mede van belang voor de omvang van het interne risico. Dispersie Voor de dispersie van zware gassen (o.a, bij verdamping van tot vloeistof verdichte stoffen) in tunnels zou een theoretisch zwaargasmodel kunnen worden ontwikkeld waarbij de verticale dispersie gemodelleerd wordt als voor het ' open veld' en de wolk in de breedte begrensd is. Het eenvoudige alternatief (betrek de concentratie op een wolk met hoogte gelijk aan de halve tunnel hoogte) leidt tot onzekerheden van maximaal circa een factor 2 in de concentratie. Voor de dispersie bij schermen/luifels is een gevoeligheideanalyse te overwegen aan het gehanteerde afschermingacriterium om vast te stellen in hoeverre dit voor praktische situaties tot andere risicocontouren leidt. Overigens zal het voorgestelde model met de bestaande risieoberekeningsmodellen naar verwachting al moeilijk te simuleren zijn. De keuze van het afschermingscriterium zou met theoretisch onderzoek nader onderbouwd kunnen worden. Ten aanzien van het effect van 'held up' van zware gassen in verdiepte tunnels zou voor de externe veiligheid een gevoeligheidsanalyse kunnen worden uitgevóerd.VóoraJsriog Wordtverwaêhtdathet .effeêt· in concentraties en wolkduur buiten de tunnel beperkt blijft tot een factor 2.
982223.C54
54
Rookverspreiding in tunnels Theoretisch onderzoek naar de gevoeligheid en de beperkingen voor het gehanteerde rookmodel in samenhang met vlucht- en reddingsmogelijkheden is gewenst. Ook al omdat dit waarschijnlijk het meest voorkomende scenario is. In tabel 6.2 is een waarderingsgegeven van de urgentie en haalbaarheid van de verschillende voorgestelde onderzoeken. Mogelijk onderzoek
waardering kansbeïnvloedende uitvoeringsdetails verdamping explosieschade buiten tunnels/overkappingen dispersie in tunnels dispersie bij schermen/luifels 'hold up' bij tunnels rookverspreiding in tunnels
o +
Urgentie
+
o +
o
+
o +
Haalbaarheid
+ + + +
o + +
laag hoog
Tabel 6.2: Waarderingsgegevens urgentie en haalbaarheid van mogelijk onderzoek
982223.C54
55
literatuur
[1]
Inpassing van Rijkswegen in stedelijke omgeving concept; Ministerie van V&W, DG-Rijkswaterstaat (Bouwdienst), april 1996
[2]
Veiligheid Vervoer over de Weg; eindconcept deelnota 2: Handreiking risieobepalingsmethodiek interne veiligheid zwaar verkeer en vervoer gevaarlijke stoffen over de weg - VeVoWeg; Bouwdienst Rijkswaterstaat, november 1996
[3]
N120 Taakgroep Onderzoeksvragen ... met betrekking tot ondergrondse bouwwerken; TNO-MEP, april 1997
[4]
NI10 Invloed veiligheidsvoorzieningen van tunnels op de risico's ... ; CUR/COB/TNO-MEP, april 1997
[5]
N 110-02 Veiligheidsvoorzieningen in tunnels. Taak I van CUR/COB uitvoeringscommissie NII0
[6]
Studies on Norwegian Road Tunnels; Road Transport and Safety Department Oslo, maart 1997
[7]
Onderzoek naar kansen op mogelijke ongevallen met radioactieve stoffen bij transport over de weg; SAVE-rapport in opdracht van Ministerie van VROM, 1991
[8]
Handleiding risicoanalyse voor brandveiligheid van Ondergrondse Railwegen; SAVB-rapport in opdracht van Ministerie van V&W, 1995
[9]
Conceptueel risico-analysemodel voor transport door tunnels; CUR/COB/TNO- MEP, concept van december 1997
[10]
Literatuuronderzoek N120; Ministerie van BiZa
[11]
CPR-16: Methoden voor het bepalen van mogelijke schade aan mensen g()ederen door het vrijkomen vangevaarlijk~stoffen; Commissie Preventie van Rampen door Gevaarlijke Stoffen, DGA van Ministerie van SZW, 1989
cll
982223.C54
56
[12]
Notitie "Tunnelverbod' , van RWS/AVV met betrekking tot plasverdamping in tunnels; juni 1995
[13]
CPR 14E 'Methods for the calculation of physical effects, (part 1 en part 2; third edition). Sdu Uitgevers, 1997
982223.C54
57