Brände in Tunnels und anderen unterirdischen Bauwerken erregen – obwohl ihre Anzahl im Vergleich zu oberirdischen Brandereignissen gering ist – stets überregionales Interesse. Dies liegt zum einen daran, dass diese Ereignisse üblicherweise mit Todesfällen verknüpft sind und zum anderen daran, dass für es für Benutzer dieser (Verkehrs-)Anlagen nur eingeschränkte Selbstrettungsmöglichkeiten gibt. Auf einem Kontinent mit begrenztem und teurem Boden bei gleichzeitig steigendem Transportvolumen an Menschen und Gütern wird in den nächsten Jahrzehnten zu den bestehenden Tunnels und anderen unterirdischen Bauwerken noch eine Vielzahl von Anlagen hinzukommen.

Als Tunnel gelten Bauwerke mit einer Länge von mehr als 80 Metern. Die zur Zeit längsten Eisenbahntunnels in Europa sind der Eurotunnel (F/UK; 1994) mit 50 km Länge und der Lötschberg-Basistunnel (CH; 2007) mit 35 km Länge. Der längste Straßentunnel Europas ist auch gleichzeitig der längste Straßentunnel der Welt: Der 24,5 km lange norwegische Lærdalstunnel in der Nähe des Sognefjords. Der breiten Öffentlichkeit weitgehend unbekannt dagegen sind die verschiedenen Tunnels, die für die Experimental- und Hochenergiephysik betrieben werden, wie z. B. die HERA (Hadron-Elektron-Ring-Anlage) des Deutschen Elektronen-Synchrotrons in Hamburg oder Tevatron des Fermilab in Batavia, IL/USA, beide mit ca. 6 km Länge.

Bauwerkphasen

Bei diesen Bauwerken sind grundsätzlich folgende Phasen zu unterscheiden:

  • Rohbauphase: Bergmännischer Vortrieb oder offener Bau,
  • Ausbauphase: Fahrbahn und/oder Schienenweg, Installation der Signal-, Betriebs- und Sicherheitstechnik,
  • Vorbetriebsphase: Einrichtung der Betriebs-, Kommunika­tions- und Sicherheitstechnik, Testbetrieb,
  • Betriebsphase: Nutzung als (Verkehrs-)Bauwerk,
  • Wartungsphase(n) und Umbauphase(n).

Jede diese Phasen hat spezifische sicherheitstechnische Herausforderungen. Beim bergmännischen Vortrieb untertage steht z. B. für die Bedienmannschaft der Tunnelbaumaschine oder die Mineure über weite Strecken nur ein Fluchtweg entgegen der Vortriebsrichtung zur Verfügung, bis Querschläge zu einem Paralleltunnel oder der Durchstich erreicht sind. Hier liegt ein besonderer Fokus auf der Ausbildung und der Ausrüstung des Personals, um eine evtl. notwendige Selbstrettung sicherzustellen. Selbst der “einfache Arbeitsunfall”, wie z. B. eine Quetschung, Verstauchung, Platzwunde oder ein Bruch, setzt hier schon ein etabliertes und effektives Rettungswesen voraus, damit der Verunfallte vor Ort eine qualifizierte Erstversorgung erhält und ein rascher und möglichst schonender Transport durch den noch im Rohbau befindlichen Tunnel sichergestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt besteht im Falle eines Brandes, z. B. auf der Tunnelbohrmaschine, üblicherweise noch keine Möglichkeit einer Entrauchung – außer durch die zurückgelegte Vortriebsstrecke, die gleichzeitig den einzigen Fluchtweg darstellt!

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Betriebszentrale des Elbtunnels Hamburg
(Bild: Holger de Vries)

Üblicherweise werden erst nach Abschluss der Rohbauphase, wenn der Tunnelcorpus aus Tübingen gebildet oder zumindest das Deckgebirge z. B. mit bewehrtem Spritzbeton gesichert ist, die sicherheitstechnischen Komponenten eingebaut, die in der Betriebsphase zur Verfügung stehen sollen. Voraussetzung für diese Komponenten ist eine ausreichend gesicherte Energieversorgung, die zum Betrieb der Signal- und/oder Verkehrsleittechnik, drahtgebundener und/oder drahtloser Kommunikationseinrichtungen (Tunnelfunk), der Brandmeldeanlage und ihrer Peripherie, der Belüftung und Entrauchung, der Sicherheitsbeleuchtung und Fluchtleittechnik, der manuellen, fernbedienten oder automatischen Feuerlöschtechnik erforderlich ist. Je nach Tunnelkonfiguration werden in bestimmten Abständen auch “sichere Räume” oder Rettungscontainer installiert, in denen Betroffene so lange mit Luft und Energie versorgt werden, bis sie von Rettungskräften evakuiert werden können.

Herausforderungen für die Rettungskräfte

Allein schon aufgrund ihrer Länge stellen Tunnels für Rettungskräfte eine ganz besondere Herausforderung dar. Selbst die größten oberirdischen Bauwerke haben selten eine Größe von mehr als mehreren hundert Metern. Als Beispiele für besonders ausgedehnte Gebäude seien hier der Brand des zentralen Ersatzteillagers der Ford-Werke in Köln 1977 und der Flughafenbrand Düsseldorf 1996 genannt – beides Einsätze, die den Feuerwehren die technischen und menschlichen Grenzen ihrer Interventionsmöglichkeiten zeigten. Nähme man die gesamte auf einem Löschfahrzeug vorhandene Schlauchmenge, um eine Angriffsleitung zu verlegen, so betrüge die “theoretische Eindringtiefe” nur rund 400 Meter. Ein weiterer limitierender Faktor ist der Luftverbrauch der Einsatzkräfte, der – je nach Schwere der beim Eindringen in das Bauwerk zu verrichtenden Arbeit – mit zwischen 40 und 90 Litern Luft pro Minute angesetzt werden muss. Das bedeutet, dass der Luftvorrat von rund 1 600 Litern eines Einflaschen-Atemschutzgerätes bereits nach 15 bis 20 Minuten erschöpft sein kann. Die “Lösung” dieses Problems sehen einige Feuerwehren darin, sogenannte “Twin-Pack”-Atemschutzgeräte mit zwei 6.8-l-Atemluftflaschen zu verwenden, wodurch viele Atemschutzgeräte mehr als 18 kg wiegen und somit nicht der EN entsprechen. Diese Lösung ist genau betrachtet kontraproduktiv, da die zusätzlich mitgeführte Masse von 4 kg ihrerseits einen erhöhten Luftbedarf bedingt. Sinnvoller wäre die grundsätzliche Verwendung einer 9-l-Compositeflasche. Kreislauf- bzw. Regenerationsgeräte, die Standard im Grubenrettungswesen sind, erfordern einen unverhältnismäßig hohen Finanz-, Logistik- und Ausbildungsaufwand, der von freiwilligen Feuerwehren realistisch betrachtet nicht geleistet werden kann.

Es wäre falsch, sich bei der Betrachtung nur auf die technischen Parameter zu beschränken. Die Interventionsplanung muss sich an der menschlichen, physiologischen Leistungsfähigkeit orientieren. Mittlerweile werden bei der Aufstellung von Tunnelwehren Anleihen beim Grubenrettungswesen gemacht. Dabei wird üblicherweise übersehen, dass sich allein schon die persönliche Schutzausrüstung der Grubenwehren grundsätzlich von denen der kommunalen Feuerwehren unterscheidet. Grubenwehren tragen – im Vergleich zur “schweren” Schutzkleidung der Feuerwehren nach DIN EN 469 und den immer schwerer werdenden Feuerwehrhelmen – relativ leichte zweilagige Aramidanzüge mit einem Arbeitsschutzhelm und Flammschutzhaube. Anders als die Feuerwehrangehörigen bestimmen Grubenwehrmänner ihre “Einsatzzeit” nicht durch Ablesen ihres Manometers, sondern bestimmen Trocken- und Feuchtetemperatur ihrer Umgebung mittels Psychrometer und leiten daraus ihre Einsatzzeit ab – unabhängig vom noch vorhandenen Luftvorrat. Diese ergonomischen und physiologischen Faktoren und die zugehörigen Technischen Regeln des Grubenrettungswesens werden von den Feuerwehren bisher weitgehend ignoriert.

Wärmebelastung und Rauchausbreitung

Des Weiteren ist die Energieeinwirkung auf die Rettungskräfte durch den Brand selbst zu berücksichtigen: Während einer Untersuchung der Fire Experimental Unit (Moreton-in-Marsh/UK) konnten Lufttemperaturen von 120 °C bei einer Wärmestrahlung von 3 kW/m2 von den Probanden über 17 Minuten lang ausgehalten werden. Eine thermische Belastung bei einer Lufttemperatur von 160 °C und einer Wärmestrahlung von 4 kW/m2 konnte über einen Zeitraum von fünf Minuten ausgehalten werden. Diese Bedingungen wurden bereits als „gefährdend“ eingestuft. Die maximale und als „kritisch“ eingestufte ergonomische Belastungsgrenze wurde bei einer Lufttemperatur von 235 °C bei einer gleichzeitigen Wärmestrahlung von 10 kW/m2 bestimmt. Dieser Situation hält ein Feuerwehrangehöriger mit Persönlicher Schutzausrüstung ca. eine Minute lang stand.

Bei Versuchen ermittelte Rauchausbreitungsgeschwindigkeiten betragen 1 bis 2 m/s, bei Pkw-Bränden bis zu 4 bis 8 m/s. Die Zahlen wiegen zunächst in Sicherheit, rechnet man sie jedoch in km/h um, so ergeben sich Werte vom 3 bis 28 km/h – deutlich schneller als die Gehgeschwindigkeit eines vollausgerüsteten Feuerwehrangehörigen! Die tatsächliche Eindringgeschwindigkeit von Feuerwehrtrupps wurde unter unterschiedlichen Bedingungen experimentell bestimmt und liegt je nach Belastung und Verrauchung bei ca. 1 km/h, bei Transport von Verletzten bei 0,3 km/h und weniger.

Einige Feuerwehren haben in den letzten Jahren sogenannte „Tunnellöschfahrzeuge“ beschafft, die sich von handelsüblichen Fahrzeugen oft nur dadurch unterscheiden, dass die Fahrzeugkabinen auf allen Plätzen mit Atemschutzgeräten ausgestattet sind. An dieser Stelle sei darauf verwiesen, dass die Atemluftkalkulation im Atemschutzeinsatz für den Rückweg auch dann gilt, wenn der Hinweg mit einem Kraftfahrzeug zurückgelegt wurde! Ferner ist zu beachten, dass die Verbrennungsmaschine des Löschfahrzeugs bei einem Sauerstoffgehalt von unter ca. 15 bis 18 Prozent in der Umgebungsluft seinen Betrieb einstellen wird und somit auch die Feuerlöschkreiselpumpe und die anderen Aggregate nicht mehr betrieben werden können.

 

Es ist deutlich zu erkennen, dass die Intervention von außen durch Rettungskräfte bei Bränden und Havarien in Tunnels und anderen unterirdischen Bauwerken nur ein “Manöver des letzten Augenblicks” sein kann. Die Überlebensfähigkeit dieser Bauwerke und ihrer Nutzer muss durch ihre Bau- und Sicherheitstechnik sichergestellt werden. Dies beginnt bei der bautechnischen Auslegung der Bauwerke (verwendete Baustoffe und Bauweisen, ausreichende Überdeckung der Bewehrung, Planung von Entfluchtungs- und Entrauchungskanälen). Des Weiteren sind ausfallsichere und/oder redundante Kommunikationseinrichtungen schon in der Bauphase zu installieren, in der auch eine Löschwasserversorgung schon als unabdingbar anzusehen ist. Im Zuge des Ausbaus sind Überwachungseinrichtungen für die Branderkennung zu installieren. Die sicherheitstechnischen Einrichtungen laufen üblicherweise in einer Betriebs- oder Tunnelwarte zusammen. Algorithmen für die Entrauchungs- und Feuerlöschanlagen sind zu entwickeln, damit eine sichere gerichtete Entfluchtung und automatische oder fernbediente Löschversuche möglich sind.

Fazit

Aus technischer Sicht sind heute alle erforderlichen Anlagen und Verfahren vorhanden, um den sicheren Betrieb von Tunnels und anderen unterirdischen Bauwerken gewährleisten zu können. Der wichtigste Faktor bei der Planung und dem Betrieb ist jedoch, in allen Phasen ein Team aus entsprechenden Fachleuten zu haben, die über eine breite Kenntnis möglicher technischer Lösungen verfügen und diese für den jeweiligen Einzelfall fachgerecht einbringen können, denn allen Anpreisungen zum Trotz: Allheil- und Wundermittel gibt es nicht. Komplexe Bauwerke erfordern eine differenzierte und fachkundige Betrachtungsweise für einen sicheren Bau und Betrieb.

Anschrift des Verfassers:
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Dr.-Ing. Holger de Vries
Diplom-Ingenieur für Sicherheitstechnik,
Brand- und Explosionsschutz
Brandschutzbeauftragter cfpa
22525 Hamburg

Dr.-Ing. Holger de Vries
Jahrgang 1967

Seit 1981: FF Flensburg, Ahrensburg, Hannover, Wuppertal-Sonnborn, Hamburg-Stellingen
Studium in Hannover und Wuppertal: Elektrotechnik und Sicherheitstechnik
Seit 1999: selbstständiger Ingenieur in Hamburg
2000: Promotion
Kooperation mit Forplan Dr. Schmiedel GmbH, Bonn
Als Reserveoffizier beordert am Einsatzausbildungszentrum Schadenabwehr der Marine, Neustadt in Holstein
Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Brand- und Explosionsschutz sowie Gefahrenabwehr