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1、Runehamar隧道模擬半拖車 裝載之貨物全尺度（full scall） 火災試驗交通部高速公路局北區工程處 程經華副處長 翻譯整理 長隧道管理研習營(三) 荷蘭研究成果研討1壹、前言貳、試驗室試驗參、全尺度火災試驗肆、試驗項目伍、總結2壹、前言歐洲最近幾年數起公路隧道嚴重的火災，造成重大 災害，人員的傷亡及隧道結構的破壞，有數月甚至數年 無法通車，對社會經濟造成很大衝擊，如1999年法、義 交界處白朗峰（Mont Blanc）隧道火災39人死亡，1999 年奧地利陶恩（Tauern）隧道火災12人死亡，2001年瑞 士聖哥達（St. Gotthard）隧道火災11人死亡。半拖車（ Semi
2、-trailer）載貨扮演重要角色，半拖車 載貨量大且有極易引燃性之貨物，有相當大之火載量。由於對載貨半拖車所引發的火災，包括載貨的類型 ，隧道通風的情形及火勢擴散而延燒鄰車等資料的不足 ，因而促使歐盟有關國家當局發起起草立法，成立基金 作各項研究計劃與建立各種網路計劃。 3UPTUN計劃-是以符合成本效益，持續與創新的 方法，來改善既有隧道防火安全之計劃。此計劃開 始於2002年9月，為期4年之研究發展計劃，包括由 17個歐洲國家的41個團體構成。FIT計劃-有關歐洲各類隧道防火為主題之網路 計劃（European Thematic Network on Fire in Tunnels），提
3、供有關火災及隧道之最新知識與研究 訊息的傳播平台，由12個歐洲國家的33個團體組成 。 壹、前言4壹、前言2003年9月由參與UPTUN計劃之瑞典國家試驗與研究 機構SP、荷蘭應用科學研究組織（TNO）、挪威火災研 究實驗室SINTEF/NBL，在挪威西岸廢棄的Runehamar隧 道中進行了模擬半拖車裝載之貨物全尺度火災試驗研究 ，提供隧道管理當局、隧道設計者及消防救援單位重要 的資訊。 5貳、試驗室試驗目的:為了對隧道火災發展有初步了解，估算在全尺度 試驗中不同材料組合的各種類型貨物其最大熱釋放率（ heat release rate, HRR）。在瑞典國家試驗與研究機 構SP之火災試驗室
4、，於開放空間大型遮煙罩系統（工業 級熱量計）下自由燃燒，分別對不同材料組合的三種類 型貨物進行燃燒試驗。 6貳、試驗室試驗 一、試驗貨物之類型 （一）第一類型：木棧板與塑料棧板組合（82/18 ） 。（二）第二類型：木棧板與聚氨酯墊（PUR, Polyurethane mattress）組合（81/19 ）。（三）第三類型：紙板箱裝聚苯乙烯（PS, Polystyrene）杯子（81/19 ）。括弧中之比例分別為纖維料與塑料所占之比例。試驗貨物數量分別為全尺度試驗數量的1/24（不含火 勢擴散引燃之目標棧版堆）及1/28（含火勢擴散引燃之目 標棧版堆）。三種類型貨物均由二組棧板堆組成，高度為1
5、.5公尺， 約為全尺度試驗一半之高度，底部離地面高1.1公尺。 7貳、試驗室試驗二、試驗結果試驗貨物類型 試驗室測得 之最大HRR 值（MW） 全尺度試驗（不 含引燃之目標貨 物）估計之最大 HRR值（MW） 全尺度試驗（含 引燃之目標貨物 ）估計之最大 HRR值（MW） 1第一類型 7.757.75*24=186 7.75*28=217 2第二類型 6.961671953第三類型 3.967995第二類型火勢成長率最快，第一類型熱釋放率最大值 為7750KW，第二類為6964KW，第三類為3960KW。 表1、試驗室測得之最大HRR值及全尺度試驗各種類型貨 物估計之最大HRR值8貳、試驗室試
6、驗二、試驗結果圖1、第一類型貨物火災試驗（左），三種類型貨物之熱釋放率（右）。 9參、全尺度火災試驗一、隧道簡介Runehamar隧道位在挪威西岸，距首都奧斯陸 （Oslo）約400公里，屬挪威公路局（Norwegian Road Administration）所轄，為堅硬之片麻岩， 雙向AC路面之公路隧道，長1,650公尺，最低高度 6.39公尺，寬度8.17-9.40公尺，坡度1-3%之間， 約在10年前廢棄不用。 10參、全尺度火災試驗一、隧道簡介 圖2、Runehamar隧道，為堅硬之片麻岩，雙向瀝青混凝土公路隧道 11參、全尺度火災試驗二、測試貨物類型 （一）、第一類型: 360個1
7、200*800*150mm木棧板，20個 1200*1000*150mm木棧板，74個1200*800*150mmPE塑料棧板。 目標貨物為32個木棧板，6個PE棧板。 （二）、第二類型 : 216個1200*800*150mm木棧板，240個PUR 墊。目標貨物為20個木棧板，20個PUR墊。 （三）、第三類型:傢俱與附屬裝置（傢俱用塑料緊密地包紮 ，木質抽屜門，有PUR墊的沙發及扶手，製成標本的動物，塑 料盆栽植物、木質玩具屋及塑料玩具），10個800公斤大橡膠 輪胎。目標貨物為有墊的沙發與扶手。 （四）、 第四類型:貨物為600個內面為長600 *寬400 *高 500mm的波狀紙板箱，
8、裝有18000個PS材料的杯子，40個 1200*100*150mm 木棧板。目標貨物為4個木棧板及40紙板箱裝 有1800個PS材料的杯子。12參、全尺度火災試驗二、測試貨物類型圖3、第一類型貨物火災試驗 圖4、第二類型貨物火災試驗 13參、全尺度火災試驗二、測試貨物類型圖5、第三類型貨物火災試驗 圖6、第四類型貨物火災試驗 14參、全尺度火災試驗二、測試貨物類型試驗 貨物類型（不 含目標貨物）總重量 （Kg）理論熱能 （GJ）塑料所占比例 （ ）1 第一類型9.900207182 第二類型 6,100113183 第三類型8,500150184 第四類型2,6005219表2、四種類型貨物
9、總重量及塑料所占比例15參、全尺度火災試驗三、測試貨物及風機位置二組移動式風機置於隧道東端，風由東端往 西端吹送，一組置於隧道口前12公尺，另一組置 於隧道內大約50-60公尺處。風機外徑1.52公尺， 引擎馬力140HP，軸向推力2500N，基本送風量（ primary air-flow rate）52.7m3/s。此二組風機 在火源下游458公尺量測位置均能產生軸流風速 3m/s，火源上游50公尺，點火前一分鐘平均最初 軸流風速2.9-3.4m/s，在各次試驗中風速大約在 2.5m/s。 16參、全尺度火災試驗三、測試貨物及風機位置圖7、模擬半拖車貨物及目標貨物位置 17參、全尺度火災試驗
10、三、測試貨物及風機位置圖8、模擬半拖車貨物、目標貨物及儀器佈設位置，T=瓦斯 氣體溫度計，PT=平板熱電偶溫度計，R=熱通量計 18參、全尺度火災試驗四、隧道保護為了保護試驗的Runehamar隧道在高溫測試下不致 遭受破壞，試驗單位要求隧道的隔熱保護材料須符合以 下條件：能耐四次試驗的火災，最高溫度達1400。岩石隧道結構之溫度標準設定為250，此溫度是對 岩石材料造成最低損壞之安全溫度。隔熱保護材料不允許出現有任何整塊的破壞。隔熱保護材料要容易安裝，節省安裝時間，並且對於遭 受例如機械性撞擊受損壞之部分要容易更換。19參、全尺度火災試驗四、隧道保護Promatect-T板及其配件經過試驗室
11、3次連續試 驗，驗證其品質可符合要求，提供Promatect-T板來 作為隔熱保護材料。 20參、全尺度火災試驗四、隧道保護圖9、 Promatect-T板隔熱保護位置之隧道斷面圖。 21參、全尺度火災試驗四、隧道保護圖10、隧道用Promatect-T板來做為隔熱保護材料 22肆、試驗項目 一、熱釋放率圖11、距火源下游458公尺處儀器佈設圖。Tgastemoerature，ugas velocity，O2oxygen，CO2carbon dioxide，COcarbon monoxide，H隧道高度。 23肆、試驗項目 一、熱釋放率四種類型貨物其熱釋放率最大值在71至203（平均值）MW間
12、， 達到最大值的時間是自點火後8-18.5分鐘。 第一、二類型貨物熱釋放率超過130MW時，有一段時間火有脈衝，最大脈衝速度為3-4m/s，最小為11.5m/s，頻率約45秒 。測試 從點火開始 至HRR尖峰值 之時間（min ） 線性成長率(R= 線性迴歸係數) （MW/min） HRR尖峰值 （MW） 試驗室估計之HRR 尖峰值 (不含目 標貨物/含目標貨 物)（MW） 118.520.5（R=0.997 ） 203（平均值 ） 186/217 214.329.0（R=0.991 ） 158（平均值 ） 167/195 310.417.0（R=0.998 ） 124.9.- 47.75-7
13、0MW：17.7（ R=0.996） 70.579-95 表3、四種類型貨物最大HRR值及火勢成長率24肆、試驗項目 一、熱釋放率圖12、四種類型貨物熱釋放率HRR成長率曲線 25肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （一）、火勢成長全景圖13、四種類型貨物點火5分鐘後火勢發展情形 26肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （一）、火勢成長全景圖14、四種類型貨物點火30分鐘後火勢發展情形 27肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （二）、貨物中之溫度及火勢擴散情形 圖15、貨物中熱電偶溫度計T1，T2，T3，T4佈設位置 28肆、試驗項目二、輻射熱，火勢擴散情形
14、，回流層 （二）、貨物中之溫度及火勢擴散情形 試驗結果顯示，在點火10-15分鐘後，貨物中 之溫度上升至900-1000，而第一類型貨物其尖峰值達1200。第一類型貨物中靠近點火點之熱電偶溫度計TC-04，在點火3分鐘後溫度即上升，7分鐘後整個貨物全部著火燃燒。第二類型貨物顯示點火4分鐘後即全部燃燒。此四種類型貨物，全部著火燃燒的時間是在點火後8-10分鐘。 29肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （二）、貨物中之溫度及火勢擴散情形 圖16、四種類型貨物中之溫度發展情形 30肆、試驗項目二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （二）、貨物中之溫度及火勢擴散情形 貨物燃燒長度為時間的函數，
15、第一、三類型貨物 顯示為線型關係，燃燒長度在1.3-6.5公尺間，火大約 是以18m/s等速率擴散。第四類型貨物在相同燃燒長度 下，火勢擴散速率更快。第二類型貨物在測試過程中部 分貨物塌下而失敗，因此顯示燃燒長度為6.5m發生的時 間較燃燒長度為3.9m時提早發生。 31肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （二）、貨物中之溫度及火勢擴散情形 圖17、溫度600時四種類型貨物之燃燒長度成長 32肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （三）、火場附近輻射熱程度 圖18、四種類型貨物試驗時熱通量計位置33肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （三）、火場附近輻射熱程度
16、 通常一物體表面輻射熱通量超過12.5KW/m2以上，即 會引燃起火，因此會增高火勢擴散的危險。圖19 為四種 類型貨物火場附近測得的輻射熱通量，引發火勢擴散之臨 界值12.5KW/m2標明於圖中，第一類型貨物地面上之熱通 量在15分鐘期間維持250KW/m2，隧道壁上測得的尖峰值為 200KW/m2，平均值約為120 KW/m2，而火場上游5公尺距離 仍有50 KW/m2。 四種類型貨物火場上游5公尺距離之熱通量，均超過 火勢擴散引燃在此位置車輛之臨界值12.5 KW/m2，只是此 擴散引燃鄰車危險維持的間不同而已，第一類型貨物火勢 擴散的危險持續有55分鐘，其他三種類型測試貨物則為7- 10分鐘。34肆、試驗項目 二、輻射熱，火勢擴散情形，回流層 （三）、火場附近輻射熱程度 圖19、四種類型貨物火場附近之輻射熱通量35肆、
