公路隧道橫通道防火避難設計研究

張 波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

火災是公路隧道最常見也是危害最大的災難。歷史上發生過很多隧道火災，造成了大量的人員傷亡和財產損失。1999—2001年，歐洲先后發生了3起雙向交通特長隧道火災，其中，圣哥達隧道火災中被困車輛最多，但死亡人數較少。其原因是圣哥達隧道中設置了隧道橫通道，作為避難疏散通道，供被困駕乘人員安全疏散使用，有100多人從該通道中逃生，得以生還。而勃朗峰隧道火災事故死亡的人數最多，原因之一就是未設置避難疏散的橫通道。

鑒于歷史上眾多深刻的教訓，公路隧道內設置有人行橫洞和車行橫洞，當火災發生后，人員從人行橫洞和車行橫洞內逃往另一條隧道，進而逃離火災危險區域?？梢哉f，一旦發生火災，隧道內的橫通道是人員逃生的救命線，對橫通道火災避難設計應給予足夠的重視。

1 公路隧道火災的特點分析

通行車輛是公路隧道的基本功能，車輛起火是引起公路隧道火災的主要原因，而隧道越長就越接近于密閉空間。這些基本設定決定了公路隧道火災具有以下特點。

1.1 火勢蔓延快

隧道內接近于密閉空間，火災發生后大多數熱量被隧道頂、壁吸收。同時，熱的煙氣層和頂壁通過輻射將熱傳遞給火焰而加劇火災的發展速率。隧道火災如果不能在引燃階段撲滅，火情就會迅速擴展，并伴隨著急速升溫。

隨著熱的煙氣層的擴散，熾熱的煙氣又會將沿途的可燃物加熱引燃，以至引起火源的“跳躍”。據研究表明，這種火源跳躍的距離可超過50倍隧道直徑。

1.2 煙霧傳播快，容易誘發二次交通事故

火災將會產生大量的煙霧和有害氣體，主要是一氧化碳。若沒有有效的排煙措施，煙霧將很快擴展到整個隧道。研究表明，在洞內空氣流速小于0.5 m/s條件下，轎車起火燃燒4 min后，煙霧將擴展到距離火源400 m的隧道兩側[1]。

隧道內接近于密閉空間，產生的煙霧不能散發，會使隧道內的能見度降低，隧道能見度下降以及駕駛員急于逃生的心理都容易引發二次交通事故。

1.3 逃生時間緊張，救援滅火困難

研究表明，隧道內產生火災后，起火后的4～10 min內,隧道內的溫度就會達到最高；隧道內的最高溫度可達到1 000℃以上。

人員在疏散時的最高空氣溫度不應超過80℃，在此溫度下的人員耐受時間僅為15 min左右。模擬實驗表明，雙車道公路隧道內一輛小汽車著火，火點下游40 m處溫度達到80℃所需時間不到4 min[2]。因此在火災發生時，如果要盡量減少人員傷亡，就需要充分利用火災初期寶貴的逃生時間。

人員正常疏散速度為1.5 m/s?；馂臅r，隧道內充滿了高溫有毒氣體，在高溫、缺氧、能見度低的情況下，人員和車輛疏散較為困難。假設在這樣的情況下人員疏散速度為1 m/s。如果需要行進180 m到達避難橫通道就需要3 min，事實上，考慮現場慌亂、心理緊張等因素的影響，可能疏散所需要的時間更長，更何況還存在老人、小孩、傷殘人士等行動不便的群體。所以隧道火災發生時，逃生時間是非常寶貴和緊張的。

如果隧道內交通量較大，在火災中滯留車輛較多，阻塞道路，導致救援消防車輛無法第一時間到達火災現場。一定程度上加劇了救援滅火的難度。同時，如果火勢已經開始蔓延，在高溫濃煙的阻隔下，消防人員也難接近火場，這些因素都使得隧道救援滅火非常困難。

2 公路隧道橫通道防火避難設計原則

鑒于對公路隧道火災的特點分析，隧道的消防與避難設施的設計原則應為：以逃生為主、滅火為輔；自救為主、外部救援為輔。

當火災發生后，在危險區域內，司乘人員應該棄車逃走，不可以掉頭或者倒車避免發生交通事故；逃生時應該沿著隧道的內側，從橫通道前往對向隧道并進一步離開危險區域。通過隧道橫通道逃生是人員在隧道火災中逃生的主要方法。

因此，就公路隧道橫通道防火避難設計來說，應保證：逃生人員能夠盡快地找到橫通道，并能在不需要救援人員的幫助下，方便地使用橫通道進行逃生；并且要保證逃生人員在橫通道內的安全，避免人員在逃生過程中發生二次交通事故。

3 公路隧道橫通道防火避難設計分析

3.1 橫通道縱坡設計

公路隧道橫通道在設計時，僅考慮了縱向排水及車輛行駛和人員步行的需要，一般設置單向縱坡。

而隧道內火災多屬于油類火災（汽油、煤油、柴油等的火災）。對于油類火災，當橫通道設計為單向縱坡時，如果火災發生在標高較高的一側隧道內的話，可燃性液體可能順著縱坡方向朝橫洞和相鄰隧道流散，造成火勢向橫洞和相鄰隧道蔓延。因此在橫通道縱坡設計時應考慮防火需要進行綜合設計。

3.2 車行橫洞的合理設置分析

以雙向通行的雙車道公路隧道為例，方案一是車行橫洞的一種常見布置形式，其布置示意圖見圖1。

圖1 車行橫洞布置方案一

該方案為方便車輛轉彎駛入車行橫洞，在車行橫洞和主洞方向設置了一個斜交的角度。

這樣設置可能面臨的問題有：

a)假設當駕駛員發現前方有火情，需要駛入車行橫洞內避險時，當駛出車行橫洞時，由于對向車道行駛車輛很難發現橫洞中突然駛出的車輛，非常容易與對向隧道行駛車輛在沖突點發生事故。

圖2 狀況a示意圖

b)車輛在通過車行橫洞進入對向隧道后，若要與對向隧道車輛行駛方向相同則需轉向。車輛轉向不便，會延誤疏散時間；并且轉向時隧道內對向車道通行車輛都會受到影響。

圖3 狀況b示意圖

c)車輛在通過車行橫洞進入對向隧道后，若要反向離開，必須需要工作人員配合，建立交通管制方案，預先封閉一條車道，清空行駛車輛，避免避險車輛與對向行駛車輛發生碰撞事故。這樣就必須等待工作人員配合，會耽誤逃生時間。

圖4 狀況c示意圖

上述狀況下，顯然對緊急狀況下車輛救援逃生不利。對比方案二，駕駛員駛離橫通道后，進入停車緩沖區域，然后匯入對向隧道行駛車流，并進一步駛離危險區域。避免了狀況a、b、c的出現，有利于避險車輛的安全，減少了逃生時間延誤。

圖5 車行橫洞布置方案二

這里需要指出的是停車緩沖區域的設置是為了方便車輛駛入和駛出車行橫洞，功能并不同于緊急停車帶，原有緊急停車帶仍需設置，位置可根據情況適當調整。停車緩沖區域需要配合相應的標志標線提醒駕駛員由此駛入車行橫洞進入對向隧道進行避險。

對比方案一，方案二加大了車行橫洞處主洞的凈空斷面，對原有車行橫洞的結構受力也有影響，加大了設計施工難度，雖然縮短了車行橫洞長度，但是工程造價還是會有所上升。但是即便如此，相比能夠提高人員逃生救援的效率，節約火災發展初期人員逃生的寶貴時間，筆者認為還是值得的。

3.3 車行橫洞設計應考慮人車混行的情況

一般在公路隧道橫通道設計時，人行橫洞與車行橫洞每隔一定距離間隔布置。

人員在逃生過程中會通過最近的橫通道逃生，并不會因為是車行橫洞而前往下一條橫通道。因為是用于逃生的最近橫通道，很可能會有車輛選擇該條車行橫洞避險，所以車行橫洞在緊急情況下會出現人車混行的情況。因此，車行橫洞在設計時在滿足車輛建筑限界的基礎上，要為行人適當留有步行空間。

圖6設計中雖然滿足了建筑限界的要求，但是車行橫洞側向僅有50 cm的步道對逃生人員的安全不利，最少應該設置1 m的步道，以保證人車混行情況下行人的安全。

圖6 車行橫洞設計示意圖

3.4 車行橫通道重點考慮大型車的通行需要

車行橫通道的設計只能并排通過一輛車，當隧道內車流量較大時，一旦發生火災，被困車輛較多，車輛需要排隊通過車行橫洞離開。隧道火災發生時，火勢蔓延往往很快，煙氣使得隧道內能見度降低。同時由于火勢蔓延使得駕駛員逃生心切，在車輛排隊駛往車行橫洞的過程中往往容易發生擠碰，出現交通事故，造成道路阻塞，耽誤更多的逃生時間。

所以，如果人員判斷處于危險距離以外，有充足的排隊等待時間，此時可利用車行橫洞駛往對向車道離開。距離火災地點較近的車輛駕駛員應該盡量將車輛靠邊停放后棄車逃生，車行橫通道應盡量留給需要盡快離開危險地帶的車輛，比如油罐車、危險化學品運輸車等。同時車行橫洞也是消防車等救援車輛前往火場救援的通道。所以車行橫通道的內輪廓除了一定要滿足建筑限界的要求外，還要重點考慮上述大型車輛通行以及和逃生人員混行的情況，留夠足夠的內輪廓空間。

4 結語

當隧道火災發生時，人員的逃生時間是非常寶貴的。隧道車行橫洞與人行橫洞是人員逃生的主要通道，在設計時要考慮緊急狀況下人員逃生的需要，要保證人員逃生時的安全，避免因為設計原因導致人員逃生受到延誤。本文重點分析了隧道車行橫洞與人行橫洞設計中的一些不足之處，并提出了改善建議，可供設計人員分析參考。