トンネルにおける受動的防火対策の紹介
消防工学の分野における受動的防火対策は、特にトンネルのような厳しい環境において、構造物の安全性と完全性を確保するための礎となる概念である。
受動的防火は、火災を封じ込め、延焼を制限し、居住者に安全な避難経路を提供するために設計されたさまざまな対策を包含しています。
換気、スプリンクラー、警報などのメカニズムに依存する能動的防火システムとは異なり、受動的防火は、もともと耐火性があり、効果的に機能するために作動を必要としない要素を備えています。
トンネルの火災安全性
トンネルは、火災の安全性という点で、独特の難題を抱えている。狭い空間、限られた換気、急速な煙の拡散の可能性は、人命と重要なインフラの両方に重大なリスクをもたらす。
火災が発生した場合、人命の損失、物的損害、交通網の寸断など、壊滅的な結果を招く可能性がある。このため、トンネル環境に特化した強固な受動的防火対策の重要性が強調されています。
トンネルにおける受動的防火対策の主な構成要素には、コンクリート、鋼鉄、特殊防火板などの耐火材料に加え、区画や構造の完全性に関する対策が含まれる。これらの要素は、火災や煙を封じ込めるバリアを作り、トンネル全体に延焼するのを防ぎ、安全な避難経路を確保するために機能する。
これらのコンポーネントの中で、防火ボードはトンネル火災の安全性を高める上で重要な役割を果たしています。この防火板は、高温に耐え、放射線、炎、煙に対するバリアとなるよう特別に設計されている。通常、セメント系化合物のような材料から作られる防火ボードは、断熱性、耐久性、設置の容易さを兼ね備えており、トンネル環境での使用に適しています。
以下のブログ記事では、トンネルにおける受動的防火対策について、特に防火ボードの役割に重点を置いて掘り下げていきます。さまざまなタイプの防火板、その設置やメンテナンスの要件、試験や認証基準、さらに火災事故を軽減する効果を強調した実際のケーススタディについて探ります。
受動的防火の原理と応用を理解することで、より安全で強靭なトンネル・インフラを構築し、すべての人の利益につなげることができます。
なぜトンネルに防火設備が必要なのか？
受動的防火対策は、高温を抑え、トンネルを構造崩壊から守る重要な防衛線として機能する。また、居住者が避難し、救急隊が到着するまでの貴重な時間を提供する。その緊急性は、トンネル火災で発生する高熱によって高まる。
大規模なトンネル火災で調査されたように、大型貨物自動車（HGV）は250メガワット（MW）を超える熱放出率（HRR）を発生させ、温度を急速に上昇させるのに十分である。
スウェーデンのSP技術研究所は、ルネハマー・トンネル火災試験と呼ばれる最も注目すべき大規模火災試験を実施した。
この火災試験の概要はここで見ることができる（英語のみ）。
ルネハマー社のテストレポートでは、熱放出率、ガス温度、炎の長さ、放射、換気などのパラメーターを調査している。また、これらのパラメーターを予測する理論モデルも掲載されている。この報告書は、トンネルの火災安全性に取り組む技術者にとって有益である。
一般的なトンネル覆工材料であるコンクリートは、約300～400℃で剥落（ひび割れや破片の流出）が始まり、さらに高温では溶融するため、これは極めて重要である。コンクリートの剥落や、爆発的剥落という極端なバージョンは、トンネル構造物に重大なリスクをもたらす。
トンネル工事請負業者は通常、透水性の低い緻密で優れた等級のコンクリートを使用する。この特性により、コンクリートの気孔は水分を容易に吸収する。火災が発生すると、熱によって水分が気化し、コンクリートの気孔内の圧力が上昇する。この現象がコンクリートの剥落である。
受動的な防火対策を講じなければ、トンネル火災は急速に拡大し、コンクリートが過熱して構造の完全性が損なわれる可能性がある。耐火材料と区画化戦略を取り入れることで、受動的防火対策は非常時のトンネルの安全性を確保する。さらに、火災発生後も安全が保たれます。
トンネル火災の歴史
モンブラントンネル火災： 歴史に刻まれた悲劇 (1999)
1999年にフランスとイタリアを結ぶモンブランのトンネル火災は、トンネル火災がもたらす惨状を思い起こさせるものだった。トラックのブレーキ不良が火種となり、瞬く間に車両を飲み込み、300メガワット（MW）以上と推定されるピーク熱放出率（HRR）を放出した。猛烈な熱は消防隊員を圧倒し、急速に燃え広がり、39人の命を奪う悲劇となった。
この災害は、トンネル安全プロトコルの脆弱性を露呈し、規制の強化と火災予防対策への再注目へとつながった。
以下のドキュメンタリーは、モンブラン・トンネル火災の大惨事に関する詳細な情報を紹介している (英語)：
英仏海峡トンネル火災 ニアミス（1996年）
モンブラン火災ほど大惨事には至らなかったものの、1996年の英仏海峡トンネル火災は教訓になった。車両と乗客を乗せたユーロトンネルのシャトル列車から出火したのだ。ありがたいことに、迅速な緊急対応とトンネル内の強固な耐火構造により、炎は収まり、乗客は全員無事に避難した。しかし、この事故は、トンネル内での小規模な火災の潜在的な危険性と、効果的な区画化と換気システムの重要性を浮き彫りにした。この火災時のピークHRRは約100MWと推定されたが、介入が迅速で耐火材が存在したため、モンブランの火災よりも大幅に低かった。
リッキー・カーベル博士は、この火災時の火災力学に関する講演を行った：
この2つの悲劇的な出来事は、トンネルの安全性を向上させるきっかけとなった。
トンネル火災曲線
効果的な火災安全対策を設計するために、エンジニアは火災曲線（火災シナリオで予想される経時的な温度上昇を表す数学的モデル）に頼る。
トンネル火災曲線 出典 https://tunnels.piarc.org/en/node/1741
ピーク温度と時間の点で最も速く延焼する火災は、RWS曲線で表される。
火災発生から60分以内に1350℃に達するRWS火災曲線は、トンネル内の火災の危険性を最も厳しく表しています。
この設計火災曲線は、50m3の燃料を輸送するタンカーのような大型車両を想定しています。その結果、300MWの火災負荷が120分間続く可能性がある。
ルネハマー試験（前述）では、RWS火災曲線の詳細が確認された。
世界中の数多くの技術者や設計者が、RWS火災曲線をトンネルにおける受動的防火の要求仕様の参考資料として使用している。
トンネルにおける受動的防火対策とは？
トンネル業界では、トンネルにおける受動的防火対策として3つの主要なソリューションを認識している。これらが個別のシステムとして使用されることもある。しかし、複数のシステムを組み合わせて使用することもあります。
防火パネル
これらは、防火パネル、遮熱パネル、遮熱クラッドとも呼ばれ、トンネルの壁や天井に適用される設計および試験済みのボードです。例えば、Aestuver Txトンネル防火ボードは、厳しいトンネル掘削環境用に試験されたセメント系材料です。
施工業者は、トンネル防火ボードを2つの方法で使用する。まず、最も一般的なのが後固定式です。この場合、トンネルの構造は競合しており、施工業者はコンクリートの壁や天井にトンネル防火板をメカニカルアンカーで固定します。矩形断面のトンネルやTBMトンネルにも有効だ。円形断面のトンネルの場合、防火板はトンネルの半径に沿って面取りされます。
Aestuver Tx ファイヤーボードの設置 – Täby BrandskyddsTeknik ABのクレジット 出典：https://www.tunnel-online.info/en/artikel/tunnel_Cement-based_glass_fibre-reinforced_Tunnel_Fire_Protection_Boards-3076804.html
2つ目の方法は、トンネル防火パネルを恒久的な型枠システムまたは現場打ちソリューションとして使用する方法です。この方法では、設置業者がトンネル防火パネルをトンネルの型枠に設置します。ほとんどの場合、追加の機械的固定具を使用する必要はありません。
常設型枠システムは、主にカットアンドカバータンネルに適しています。浸水トンネルの場合、プレハブのトンネルセグメントにも最適です。
今のところ、ボーリングトンネルには使用できません。
このウェブサイトでは、トンネル遮熱パネルに関する様々な側面に焦点を当てていきます。
トンネル防火パネルの設置について、詳しくはこちらをご覧ください。
吹き付けモルタル
業者が使用するもうひとつの材料は、吹付けモルタルである。ドライミックス成分を水と混合し、ポンプで機械を通してトンネルの壁に吹き付ける。吹き付け工法では、補強メッシュや表面のコテ塗りなどが必要になることもあります。
当社のパートナー施工業者の経験では、トンネル用吹付け防火設備は、トンネル用防火ボードよりも管理や施工が難しい場合が多い。
ポリプロピレン（PP）繊維
トンネル工事請負業者は、トンネル構造物のコンクリートミックスにPP繊維を加えることがある。サイズと量は、ミックスの要件と性能基準に依存します。火災の場合、PP繊維は約160～180℃で溶け始める。これはまた、水蒸気が膨張するマイクロクラックを作り出し、コンクリート細孔内の加圧を緩和します。このようなプロセスは剥落を防ぎます。
とはいえ、火災が発生した後は、溶融したPP繊維の層を除去して補修する必要がある。そのため、物流や技術的な課題が生じる。トンネルの運営者は、数日間トンネルを閉鎖する必要があるかもしれない。一方、防火ボードは火災で損傷しても1回のシフトで簡単に交換できる。
トンネルにおける受動的防火対策に関する詳細情報
このブログ記事のタイトルに書いてあるように、これは単にトンネルにおける受動的防火のトピックの紹介に過ぎない。
このウェブサイトの他のブログ記事で、トンネル防火システムやトンネル用防火板についてさらに詳しく知ることができます。
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