翔安海底隧道火災(zāi)工況下通風(fēng)排煙方案設(shè)計(jì)

石京偉

(中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 100070)

目前國(guó)內(nèi)隧道的通風(fēng)方式主要有3種，即全橫向通風(fēng)、半橫向通風(fēng)和縱向通風(fēng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大多數(shù)公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比分析，對(duì)于雙向分離式隧道，縱向式通風(fēng)由于能夠充分利用交通流的活塞風(fēng)效應(yīng)，通風(fēng)效果好，因此應(yīng)用最為廣泛。該方案具有通風(fēng)效率高、洞內(nèi)環(huán)境舒適、噪聲較小、耗電量較小、環(huán)保效益好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是比不分段縱向式投資稍大。對(duì)于火災(zāi)機(jī)械排煙系統(tǒng)，采用與隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)系統(tǒng)合用方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是不需要另外設(shè)置特殊的排煙設(shè)施，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣可通過隧道主洞從隧道洞口或豎井排出，節(jié)省投資。

1 翔安海底隧道通風(fēng)系統(tǒng)概況

廈門翔安海底隧道是我國(guó)大陸第一條海底隧道，隧道全長(zhǎng)6.05 km，其中海域段長(zhǎng)4.2 km。采用3孔隧道方案，兩側(cè)為行車主洞各設(shè)置3車道，中孔為服務(wù)隧道。隧道最深處位于海平面下約70m。左線和右線隧道各設(shè)通風(fēng)豎井1座，隧道全線共設(shè)12處行人橫通道和5處行車橫通道。隧道內(nèi)配備完善的監(jiān)控、照明、通風(fēng)、消防噴淋滅火裝置等設(shè)施。

翔安海底隧道采用縱向分段送排式縱向通風(fēng)方案。隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜合考慮了隧道平縱面線形、分段豎井所在位置的地形地質(zhì)條件、隧道分段設(shè)計(jì)需風(fēng)量分配等各方面因素，左右線分別在廈門和翔安岸邊設(shè)送排風(fēng)豎井，兩豎井各負(fù)擔(dān)一條隧道的空氣交換。由于隧道出洞段正好是上坡，因此豎井靠近出洞一端設(shè)置，將隧道分成兩段，雖然兩段長(zhǎng)度相差較大，但兩段需風(fēng)量相差不大，比較合理。分段豎井位置見表1。

表1 隧道分段

根據(jù)風(fēng)機(jī)分期方案、軸流風(fēng)機(jī)的特性以及國(guó)內(nèi)外隧道豎(斜)井軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，翔安海底隧道豎井送(排)風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)采用多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的方式。按照盡量降低風(fēng)機(jī)單機(jī)功率、盡量減少風(fēng)機(jī)規(guī)格的原則進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)配置，近期軸流風(fēng)機(jī)配置見表2。

根據(jù)分期實(shí)施方案設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，通車初期至2015年之前采取近期設(shè)置方案，并預(yù)留遠(yuǎn)期風(fēng)機(jī)安裝位置及預(yù)埋件。按照射流風(fēng)機(jī)的設(shè)置原則，主洞射流風(fēng)機(jī)設(shè)置詳見表3。

2 正常和火災(zāi)情況通風(fēng)氣流組織

2.1 正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)氣流

根據(jù)翔安海底隧道的特點(diǎn)，正常營(yíng)運(yùn)情況下采用的是分二段縱向通風(fēng)方式。隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，左右線排風(fēng)口風(fēng)閥開啟，左右線排煙風(fēng)閥關(guān)閉，通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)隧道內(nèi)的CO濃度和能見度控制風(fēng)機(jī)的開啟;左、右線所有車行橫洞門和人行橫洞門均關(guān)閉。正常營(yíng)運(yùn)情況下通風(fēng)氣流組織如圖1所示。

2.2 隧道火災(zāi)通風(fēng)排煙總方案

隧道火災(zāi)通風(fēng)的目的是保證隧道內(nèi)人員的疏散并為滅火救援提供通風(fēng)方面的安全保證，主要表現(xiàn)為:①提供逃生人員需要的新鮮空氣，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)需要消耗大量的氧氣，導(dǎo)致隧道內(nèi)滯留人員缺氧，威脅其生命安全;②阻止火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧四處蔓延，在外界風(fēng)力較弱的情況下，火災(zāi)產(chǎn)生的有毒煙霧四處蔓延，影響隧道內(nèi)滯留人員的判斷和行動(dòng)能力，導(dǎo)致判斷能力差、行動(dòng)遲緩，嚴(yán)重影響人員逃生，并威脅其生命安全。

表2 軸流風(fēng)機(jī)近期設(shè)置

表3 隧道射流風(fēng)機(jī)設(shè)置 臺(tái)

圖1 翔安海底隧道正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)氣流組織

翔安海底隧道的火災(zāi)通風(fēng)按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì):①火災(zāi)工況按一次火警考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)。②火災(zāi)規(guī)模根據(jù)預(yù)測(cè)交通量、交通方式和車種比例等選擇20mW作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于一輛大型客車著火。③隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，按縱向通風(fēng)系統(tǒng)提供阻止煙霧逆向流動(dòng)的臨界風(fēng)速所需的推力來確定啟動(dòng)的射流風(fēng)機(jī)，按排煙所需的排煙風(fēng)量來確定啟動(dòng)的軸流風(fēng)機(jī)。

翔安海底隧道的火災(zāi)通風(fēng)設(shè)計(jì)如下:①運(yùn)營(yíng)通風(fēng)系統(tǒng)與火災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)采用同一套通風(fēng)設(shè)備。②根據(jù)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的分段，采用分段排煙方式。③一旦隧道發(fā)生火災(zāi)，隧道暫時(shí)關(guān)閉，左右線隧道都只能允許車輛和人員撤出隧道，嚴(yán)禁車輛進(jìn)入隧道。通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入排煙運(yùn)行程序，及時(shí)有效地控制煙霧的流動(dòng)并迅速排出隧道。

隧道的風(fēng)段以通風(fēng)豎井排風(fēng)口的位置和排煙通道口為界，將隧道排煙分為3段。左線隧道廈門端洞口至左線豎井排風(fēng)口為第Z1段，左線豎井排風(fēng)口至左線排煙通道口為第Z2段，左線排煙通道口至隧道翔安端洞口為第Z3段;右線隧道廈門端洞口至右線排煙通道口為第Y1段，右線排煙通道口至右線豎井排風(fēng)口為第Y2段，右線豎井排風(fēng)口至隧道翔安端洞口為第Y3段。分段詳見表4和表5。

表4 左線排煙分段

表5 右線排煙分段

2.3 火災(zāi)時(shí)通風(fēng)氣流組織

翔安海底隧道火災(zāi)時(shí)的通風(fēng)氣流組織具體如下:

1)在火災(zāi)初期，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)降低風(fēng)速，避免煙霧擴(kuò)散太快，以利火點(diǎn)附近的人員疏散。部分射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，軸流風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

2)火點(diǎn)前的車輛繼續(xù)行駛，向前從隧道出口疏散。火點(diǎn)后的車輛停止前進(jìn)，人員從最近的車行、人行橫洞疏散。通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)速至臨界風(fēng)速，控制煙霧流向前方。射流風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)，軸流風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

3)車輛、人員疏散完后，消防隊(duì)員通過橫洞進(jìn)入火點(diǎn)實(shí)施滅火，通風(fēng)系統(tǒng)保持臨界風(fēng)速。

4)火災(zāi)撲滅后，通風(fēng)系統(tǒng)按最大通風(fēng)量運(yùn)行，快速將煙霧從前方的排風(fēng)口(豎井或隧道洞口)排出。射流風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)，軸流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

以下以右線隧道Y2段為例介紹通風(fēng)氣流組織方案。圖2和圖3為右線隧道Y2段發(fā)生火災(zāi)時(shí)不同時(shí)期的通風(fēng)氣流組織方案。

圖2 右線隧道Y2段消防滅火期通風(fēng)氣流組織

圖3 右線隧道Y2段火滅后排煙期通風(fēng)氣流組織

2.4 通風(fēng)性能測(cè)試

為確保人員安全，隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)使隧道內(nèi)的人員停留區(qū)域盡可能為無煙區(qū)，這就要求隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生后能及時(shí)將煙氣從隧道排出。翔安隧道采用的是豎井分段式縱向排煙方式，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用于這種超大斷面、長(zhǎng)距離的海底隧道中在國(guó)內(nèi)尚屬首次。為此，翔安海底隧道專門邀請(qǐng)了設(shè)計(jì)方中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司及武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治研究中心對(duì)隧道火災(zāi)工況下的通風(fēng)排煙效果(隧道熱煙試驗(yàn))進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果顯示，在火災(zāi)工況時(shí)，當(dāng)翔安隧道左右線所有的射流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)開啟后，豎井基本上能把上游蔓延過來的煙氣全部吸入排風(fēng)口中，只有少部分煙氣會(huì)蔓延過排風(fēng)口，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的排煙排風(fēng)要求。隧道內(nèi)測(cè)試風(fēng)速＞3 m/s，在人行橫洞防火門和車行橫洞防火卷簾門關(guān)閉的情況下，隧道風(fēng)速可以達(dá)到3.5m/s，可滿足設(shè)計(jì)火災(zāi)風(fēng)速的要求。說明該隧道能夠達(dá)到隧道縱向臨界風(fēng)速的要求，且左右線的風(fēng)機(jī)都可以根據(jù)隧道實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要調(diào)整風(fēng)速。

3 結(jié)束語(yǔ)

翔安海底隧道工程通風(fēng)系統(tǒng)方案，總體上能夠滿足隧道正常運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)時(shí)的通風(fēng)排煙需要，各類機(jī)電設(shè)施設(shè)備只要加強(qiáng)維護(hù)、保養(yǎng)，并能合理調(diào)度，可以保證隧道運(yùn)營(yíng)安全。

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