Fire resistance of multilayer fire curtains in subways
Fire resistance of multilayer fire curtains in subways
Abstract
The underground, or metro, is an important element of urban transport infrastructure that allows for the efficient movement of significant numbers of passengers along tracks located mostly beneath the ground. However, there are risks associated with the operation of a metro, and one of the most serious is the threat of fire. Fires in the enclosed underground spaces of the metro can have catastrophic consequences. Fire tests of four variants of fire curtains with different compositions intended for use in subways have shown a critical dependence of their fire resistance on the type and composition of the filler. The samples were studied on the basis of silica mat lined with fabric with carbon impregnation (№ 1); from basalt superfine fibre (№ 2); from aerogel on the basis of quartz (№ 3) and from ceramic mat (№ 4). Specimens № 2, 3, 4 are lined with silica fabric with vermiculite spraying. During the standard fire test, all specimens showed a loss of integrity fire resistance limit of E60. The basalt filler, which has a high melting point and good thermal insulation properties, provided longer protection of the specimen against thermal effects (I30).
1. Введение
Метрополитен является неотъемлемой частью современной городской инфраструктуры, обеспечивающей высокоскоростное, устойчивое и стабильное передвижение миллионов людей ежедневно. Его популярность обусловлена быстротой перемещения, независимостью от дорожных пробок, а также, в сравнении с наземным транспортом, высокой пропускной способностью и относительно низким уровнем выбросов вредных веществ в атмосферу
, .Однако, высокая плотность пассажиропотока и специфическая подземная среда делают метрополитен уязвимым к чрезвычайным ситуациям, наиболее опасной из которых является пожар. Пожар в метро представляет собой крайне серьезную угрозу, потенциально приводящую к многочисленным жертвам, масштабным материальным потерям и длительным нарушениям работы всей транспортной системы города. Пожары, как правило, происходят на станциях метрополитена со сложной конструкцией и с интенсивным пешеходным движением. Согласно статистике, глубина большинства станций метро составляет более 30 метров, а некоторых – даже 70 метров, что является относительно закрытой подземной системой. Количество пассажиров резко возрастает в периоды пиковых поездок на работу, а в праздничные дни, как правило, пассажиры перевозят большое количество легковоспламеняющегося багажа и электронных изделий. Это делает станции метро потенциально пожароопасными
. Трагическими примерами являются пожары в метрополитенах в Тэгу, Баку и Лондоне, приведшие к многочисленным жертвам .Возникновение пожара может быть вызвано самыми различными причинами: от халатности пассажиров (неосторожное обращение с огнём) и технических неисправностей (короткое замыкание, возгорание электрооборудования, поломка тормозной системы и последующее трение колёс о рельсы) до внешних факторов (проникновение огня извне, например, из-под земли, террористические акты)
.Особенную опасность представляют пожары в тоннелях, где ограниченное пространство, быстрое распространение дыма и токсичных газов, а также затруднённая эвакуация создают смертельно опасную ситуацию. Например, в результате пожара поезда в туннеле Хокурику 6 ноября 1972 года погибло 30 человек и было ранено 715 человек
. В работе также отмечается, что на процедуру эвакуации также может повлиять тип, количество загруженного топлива, а также его расположение в поезде . Стандарт EN 50553 указывает, что поезд в условиях пожара должен иметь возможность добраться до «безопасной зоны», как это определено в the Safety in Rail Tunnels TSI . Безопасная зона определяется как временное пространство для выживания внутри или снаружи туннеля, где пассажиры и персонал могут найти убежище после своей эвакуации из поезда. Обеспечение такой зоны является сложной инженерной задачей, требующей учёта множества факторов, включая географическое расположение туннелей, тип поезда, характеристики дымоудаления, систему оповещения и эвакуации. Безопасную зону на станциях и внутри туннелей можно обеспечить с использованием трансформируемых противопожарных преград (ТПП), одним из видов которых являются противопожарные шторы. ТПП представляют собой строительные конструкции, обладающие нормированным пределом огнестойкости и классом конструктивной пожарной опасности, а их основной особенностью является способность ограждающей части конструкции преобразовываться в компактный вид путем свертывания или складывания. Это позволяет создавать противопожарные преграды, которые могут открываться и закрываться по мере необходимости, обеспечивая удобство использования и гибкость в эксплуатации. ТПП являются адаптивными конструкциями, так как они способны подстраиваться к изменяющимся условиям и приходят в действие автоматически после срабатывания пожарной сигнализации , . Как правило, ТПП выполняются из композитных материалов , .В 2022-м году на станции «Сокольники» северо-восточного участка Большой кольцевой линии московского метро были успешно испытаны автоматические противопожарные шторы OLEMAT Counter-Z EI60 (рис. 1) . В случае пожара они должны закрыть балконную часть станции за 30–40 секунд, защищая пассажиров от продуктов горения .
Рисунок 1 - Станция метро «Сокольники»
Примечание: расположение и крепление шторы (слева); противопожарная штора в развернутом виде (справа)
В представленной статье рассматривается и анализируется огневое испытание четырех видов противопожарных штор, которые могут служить трансформируемой противопожарной преградой в депо метрополитенов, на станциях метрополитена, в вестибюлях метро, а также в туннелях, разграничивая эти помещения на пожарные отсеки. Исследуемые варианты рулонных покрытий являются уникальными в своем роде, так как противопожарные шторы с данным составом не исследовались ранее. Предлагаемые противопожарные шторы справляются с огневой нагрузкой, не прибегая к использованию системы орошения, как это в большинстве случаев конструктивно подразумевается. Дополнительная система орошения повышает предел огнестойкости конструкции, но наносит значительный урон интерьеру помещения в случае ее применения
.Целью данной работы является разработка противопожарного полотна с пределом огнестойкости не менее E60 с учетом отсутствия орошения водой.
2. Методы и принципы исследования
В исследовании рассматриваются многослойные противопожарные шторы. Компоненты штор представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Состав исследуемых противопожарных штор
Образец | Обкладочная ткань | Наполнитель |
№ 1 | Кремнеземная ткань | Кремнеземный мат Суперсилика S |
№ 2 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Базальтовые супертонкие волокна ОБМ-5 |
№ 3 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Аэрогель на основе кварца Insuflex 650 |
№ 4 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Керамический мат |
Противопожарные шторы испытываются с учетом следующих нормативных документов:
– ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования»
;– ГОСТ Р 53307-2009 «Противопожарные двери и ворота. Метод испытаний на огнестойкость»
;– СП 120.13330. 2012 «Метрополитены» .
Достижение предельного состояния по потери целостности (Е) происходит в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя. Достижение предельного состояния по потери теплоизолирующей способности (I) происходит вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности образцов в среднем более чем на 140 °С в сравнении температурой поверхности опытного образца
, .Образцы штор № 1-4 были соединены в единое полотно и размещены в вертикальной огневой печи. Расположение образцов представлено на рис. 2 (слева). К каждому виду полотна были прикреплены датчики (термопары) ТПL011-0,5/1,5, которые расположены на поверхности ткани (рис. 2 (справа)) согласно следующим принципам:
1) термопара в центре площади полотна (полотен) опытного образца;
2) термопара в центре каждой четверти площади полотна (полотен) опытного образца.
Рисунок 2 - Подготовка к огневому испытанию
Примечание: монтаж и расположение полотен (слева); термопара крупным планом (справа)
На протяжении экспериментального исследования образцов дополнительно определялись температуры с использованием тепловизора Thermal Seek (рис. 3).
Рисунок 3 - Регистрация значений температуры
Примечание: прибор Технограф 160 (слева); тепловизор Thermal Seek (справа)
3. Основные результаты
В ходе испытаний проводился тщательный мониторинг всех изменений внешнего вида и состояния образцов огнезащитных покрытий. Основные наблюдения:
1) 0 мин – начало эксперимента;
2) 21 мин - дым от образца под номером 3;
3) 25 мин – дым прекратился, изменение цвета образцов (появляются светло-зеленые участки и полосы);
4) 34 мин – изменение цвета образцов (появление уже коричневых участков);
5) 60 мин – прекращение эксперимента (рис. 4).
Рисунок 4 - Образцы после огневого испытания
Согласно данным, полученных Термографом 160, образец № 2, состоящий из кремнеземной обкладной ткани с вермикулитовым покрытием PS-1000V и базальтовым наполнителем, показал наиболее высокую огнестойкость по теплоизолирующей способности I30 (достигнута температура 140°C за 31 мин). Образец № 1 потерял теплоизолирующую способность на 12-й минуте (Суперсилика S), образец № 3 – на 8-й минуте (аэрогель), а 4-й образец на 13-й минуте (керамический мат). Важно отметить, что эффективность каждого наполнителя также зависит от плотности его укладки в шторном полотне и типа используемой ткани. В рамках дальнейших исследований планируется изучить влияние различных комбинаций наполнителей, а также исследовать возможности применения модифицированных аэрогелей с улучшенными термическими и механическими свойствами.
Термограммы (рис. 5), сделанные тепловизором, указывают на то, что образец № 3 имел в приведенные моменты температуру более низкую, чем остальные образцы. Штора с аэрогелем остывала по сравнению с другими образцами.
Рисунок 5 - Термограмма образцов
4. Заключение
Исследования, проведенные с четырьмя различными типами противопожарных полотен для трансформируемых преград, показали существенные различия в их поведении под воздействием высоких температур. Базальтовый наполнитель, обладающий высокой температурой плавления и хорошими теплоизолирующими свойствами, обеспечил более длительную защиту образца от теплового воздействия (I30). Напротив, аэрогелевый наполнитель, обладающий низкой плотностью и теплопроводностью, оказался менее эффективен в теплоизоляции, что привело к ранней потере теплоизолирующей способности образца – 8 минут. Однако тепловизионная съемка показала, что штора с аэрогелем остывала по сравнению с другими образцами быстрее. Все образцы достигли предела огнестойкости по показателю целостности E60.
Противопожарная штора с базальтовым наполнителем может использоваться в ограждающих перегородках переходов над платформой и над путями станции метрополитена. В рамках дальнейших исследований по данному направлению планируется разработать штору с пределами огнестойкости EI 60 и выше.