Wirklichkeitsnahe Brandeinwirkungen für die Planung und Nachrechnung von Tunnelschalen

Die verfügbaren numerischen Systeme zur Abbildung von Strömungsprozessen haben mittlerweile einen Entwicklungsstand erreicht, der es erlaubt, auch komplexe Vorgänge, wie z. B. Tunnelbrände, mit einigermaßen vertretbarem Rechenaufwand bereits sehr realistisch abzubilden. Damit besteht einerseits die Möglichkeit, die für den allgemeinen Fall entwickelten Temperatur-Zeit-Verläufe der Regelwerke unter tunnelspezifischen individuellen Randbedingungen kritisch zu hinterfragen. Andererseits lassen sich die im Brandfall zu erwartende Temperatur- und Rauchentwicklung sowie die Beanspruchung und Schädigung der Tunnelschale ohne die Erfordernis aufwendiger Großbrandversuche relativ wirklichkeitsnah beurteilen. Neben den bei Gewölbetunneln allgemein bestehenden Möglichkeiten einer nichtlinearen Berechnung (Nutzung von Umlagerungsmöglichkeiten) [1] bietet die simulationsgestützte Ermittlung von Brandeinwirkungen insbesondere bei der Nachrechnung bestehender Tunnel in vielen Fällen ein großes Potenzial - vor allem dann, wenn die Berechnung mit Regelbrandkurven umfangreiche Ertüchtigungsmaßnahmen nach sich ziehen würde, obwohl aufgrund der vorliegenden Randbedingungen deutlich geringere Bauteiltemperaturen zu erwarten sind. Im vorliegenden Beitrag werden zunächst Brandereignisse in Tunneln und wesentliche Grundlagen der Herleitung von Temperatur-Zeit-Verläufen für die heiße Bemessung von Tunnelschalen diskutiert. Es werden dann die Möglichkeiten, Hintergründe und Grenzen einer Simulation von Brandszenarien mit numerischen CFD-Modellen erläutert und schließlich über Parameterstudien aufgezeigt, welchen Einfluss die projektspezifischen Randbedingungen (insbesondere die Größe des Tunnelquerschnitts) auf die sich einstellenden Oberflächentemperaturen besitzen können.