公路隧道火災(zāi)排煙設(shè)計(jì)探討

袁 慧

(中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司，北京 100083)

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公路隧道火災(zāi)排煙設(shè)計(jì)探討

袁 慧

(中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司，北京 100083)

為解決特長(zhǎng)隧道常規(guī)火災(zāi)排煙方法的局限性，介紹了國內(nèi)外常用隧道火災(zāi)通風(fēng)和排煙設(shè)計(jì)方式，提出了特長(zhǎng)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)和防災(zāi)設(shè)計(jì)區(qū)別對(duì)待的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)了火災(zāi)發(fā)生后的排煙方案，對(duì)今后的隧道火災(zāi)排煙設(shè)計(jì)工作有一定參考意義。

隧道火災(zāi)，隧道通風(fēng)，防排煙，設(shè)計(jì)理念

0 引言

隨著近幾年國家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力投入，公路建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，迎來了公路建設(shè)的高峰期。隨著高速公路建設(shè)水平的提高，越來越多的隧道投入到使用中。根據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2015年年底，全國公路隧道為14 006處、1 268.39萬m，其中，特長(zhǎng)隧道744處、329.98萬m，長(zhǎng)隧道3 138處、537.68萬m[1]。出現(xiàn)了一大批5 000 m以上的特長(zhǎng)隧道，如18.3 km的秦嶺終南山隧道、13.2 km的虹梯關(guān)隧道、13.0 km的西山隧道、12.3 km的大坪里隧道、12.3 km的麥積山隧道、12.1 km的包家山隧道、11.4 km的云山隧道、10.4 km的寶塔山隧道等。長(zhǎng)大公路隧道一旦發(fā)生火災(zāi)，煙霧難以及時(shí)排出，疏散救援將十分困難，往往會(huì)造成極具破壞性和危險(xiǎn)性的后果。

1 隧道火災(zāi)的危害及特點(diǎn)

隨著國家對(duì)安全生產(chǎn)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，在設(shè)計(jì)階段如何預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生以及如何考慮火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急對(duì)策成為擺在我們面前的一道課題。通過對(duì)國內(nèi)外火災(zāi)事故數(shù)據(jù)的采集調(diào)研，總結(jié)出火災(zāi)事故的主要特點(diǎn)如下：

1)高溫氣體迅速擴(kuò)散，煙霧積聚增加。

當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)后，由于隧道內(nèi)煙霧所能行走的范圍有限，只能沿著隧道內(nèi)部從就近的排煙口進(jìn)行排煙，而排煙口的設(shè)置往往有一定的距離，所以隧道內(nèi)煙霧積聚濃度較大，煙霧擴(kuò)散距離較遠(yuǎn)，高溫氣體大量聚積在隧道內(nèi)，對(duì)隧道及洞內(nèi)設(shè)施破壞較大。

2)火災(zāi)蔓延快，控制難度大。

因車輛事故等引起火災(zāi)后，除車輛本身攜帶了一定數(shù)量的燃油外，還可能有運(yùn)載易燃、可燃貨物及危險(xiǎn)貨物等的汽車，高溫氣體可以在隧道內(nèi)迅速傳播到很遠(yuǎn)，點(diǎn)燃遠(yuǎn)處的易燃物，甚至發(fā)生爆炸，火勢(shì)蔓延快，不易控制。如巖后隧道火災(zāi)就是最典型的一個(gè)例子。

3)疏散、救援難度大。

火災(zāi)可能會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、沿線管線、線纜等造成一定的損害，從而影響救援設(shè)施的正常使用等，也使消防人員很難接近火源進(jìn)行緊急救援。

根據(jù)以上火災(zāi)事故特點(diǎn)分析可知，煙霧不能及時(shí)排出隧道外是導(dǎo)致隧道內(nèi)人員傷亡、洞內(nèi)設(shè)施遭到破壞、人員疏散救援難度加大的根本原因。所以，火災(zāi)時(shí)如何科學(xué)有效地解決好隧道洞內(nèi)排煙問題，就成為減少人員傷亡、降低財(cái)產(chǎn)損失和科學(xué)運(yùn)營(yíng)管理最關(guān)鍵的因素。

2 規(guī)范對(duì)排煙的要求

交通運(yùn)輸部1999年下發(fā)的JTJ 026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范要求，“通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮火災(zāi)對(duì)策，長(zhǎng)度大于1 500 m且交通量較大的隧道應(yīng)考慮排煙措施”[7]。在多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，隨后于2014年又發(fā)布了新的規(guī)范JTG D70/2—2014公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 第二冊(cè) 交通工程與附屬設(shè)施及JTG D70/2—02—2014公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則，對(duì)火災(zāi)排煙提出了更高的要求“長(zhǎng)度L>1 000 m的高速公路和一級(jí)公路隧道、長(zhǎng)度L>2 000 m的二、三、四級(jí)公路隧道應(yīng)設(shè)置火災(zāi)機(jī)械防煙與排煙系統(tǒng)”,要求在進(jìn)行隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)火災(zāi)工況下的通風(fēng)排煙方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。所以，在做隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要統(tǒng)一將通風(fēng)系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)綜合考慮，合理配置隧道通風(fēng)方案，使隧道通風(fēng)系統(tǒng)既能兼顧隧道正常運(yùn)營(yíng)情況下的通風(fēng)功能，又具備隧道火災(zāi)事故工況時(shí)的事故排煙功能，對(duì)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。

3 國內(nèi)主要通風(fēng)和防排煙方式

目前，縱向通風(fēng)和橫向通風(fēng)是應(yīng)用較多的兩種通風(fēng)方式。尤其是縱向通風(fēng)方式，近些年國內(nèi)通車的隧道多數(shù)采用了縱向通風(fēng)方式。這主要是因?yàn)榭v向通風(fēng)既無需設(shè)置專用通風(fēng)管道，也無需增大隧道斷面積，僅僅是充分利用了隧道活塞風(fēng)的作用，就取得了良好的效果。縱向通風(fēng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越，綜合性價(jià)比相對(duì)較高，所以在國內(nèi)得到了很大的推廣。但對(duì)于火災(zāi)工況下的排煙方式而言，在隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)火災(zāi)排煙方式的選擇與考慮上，縱向排煙也并非是一種理想的通風(fēng)方式。縱向通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也是縱向排煙的缺點(diǎn)，火災(zāi)時(shí)，高溫氣體在隧道主洞內(nèi)的行程較遠(yuǎn)，這是一種內(nèi)在的缺陷，而集中排煙措施很好地解決了這個(gè)問題。采用火災(zāi)集中排煙措施(橫向通風(fēng)的一種)是一種更可靠，更有效的排煙方式，是目前國內(nèi)外排煙設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

3.1 縱向式排煙方式

縱向排煙方式是利用通風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生的不小于臨界風(fēng)速的縱向氣流，沿行車方向，以合理的速度向排煙口方向排放的一種方式。這種方式在單向交通工況下比較有效，因?yàn)楫?dāng)排煙工況啟動(dòng)時(shí)，往往隧道下游的車輛已經(jīng)安全離開隧道，煙氣向下游排放時(shí)沒有人員在前方。一方面，與橫向式排煙相比較，縱向式排煙所需的隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面開挖量小的多，經(jīng)濟(jì)性很強(qiáng)。所以這也是當(dāng)前我國國內(nèi)應(yīng)用最多的一種排煙方式。另一方面，如果采用縱向通風(fēng)，當(dāng)高溫氣體沿隧道向出口處移動(dòng)時(shí)，也會(huì)將氧氣源源不斷地向前推送，從而更加大了火災(zāi)的危害性，如果不能很好的控制高溫氣體，其流經(jīng)隧道時(shí)，也會(huì)造成能見度降低，空氣稀薄等后果，非常不利于消防救援。而且，縱向式排煙方式也存在一些嚴(yán)重的安全隱患。比如雙向交通的情況，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，由于兩個(gè)方向都有交通量，對(duì)洞內(nèi)人員進(jìn)行及時(shí)的疏散和救援的難度較大，容易造成二次事故的發(fā)生。橫向排煙方式見圖1，圖2，縱向排煙方式見圖3。

3.2 集中排煙方式

集中排煙方式是橫向排煙方式的一種。集中排煙模式在歐洲經(jīng)常被用于解決雙向交通公路隧道和特長(zhǎng)單向交通隧道的通風(fēng)問題。集中排煙方式往往不是獨(dú)立存在的，往往是與橫向通風(fēng)方式相結(jié)合使用的。在隧道頂部或側(cè)面設(shè)置風(fēng)道，正常狀態(tài)下，軸流風(fēng)機(jī)處于送風(fēng)狀態(tài)，向風(fēng)道內(nèi)輸送新風(fēng)，并通過電動(dòng)風(fēng)閥來控制送風(fēng)口的啟閉，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)均勻舒適的橫向通風(fēng)；當(dāng)處于火災(zāi)狀態(tài)下時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)逆向，改為排煙模式，火災(zāi)點(diǎn)遠(yuǎn)處的風(fēng)閥全部關(guān)閉，火災(zāi)點(diǎn)附近的電動(dòng)風(fēng)閥打開，此時(shí)的高溫氣體立即通過開啟的電動(dòng)組合風(fēng)閥進(jìn)入到排煙通道中，減少了高溫氣體在隧道主洞內(nèi)的行程。集中排煙方式能使火災(zāi)煙氣得到更有效的控制，不但送風(fēng)均勻度好，司乘人員在洞內(nèi)的任何地方，都能感受到同樣的風(fēng)速和狀態(tài)，而且一旦隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，消防人員可以從任意方向進(jìn)行救援，消防能力大大提高。

4 一種新的通風(fēng)和防排煙組合理念

在國內(nèi)，目前特長(zhǎng)隧道的正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)和火災(zāi)排煙絕大多數(shù)采用縱向通風(fēng)方式。造成國內(nèi)通風(fēng)與排煙方案等同化的原因是多方面的。隧道排煙設(shè)計(jì)之所以受到通風(fēng)方案的綁架，一方面是由于縱向通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性得到了大范圍的推廣和認(rèn)可，另一方面受資金、工期、排煙意識(shí)等多方面現(xiàn)實(shí)情況影響。集中排煙方式需要設(shè)置獨(dú)立的排煙通道，必然會(huì)增加開挖量，從而增加資金投入和影響工期；客觀講，國內(nèi)對(duì)火災(zāi)的重視程度還不夠高，前期準(zhǔn)備較少，往往在發(fā)生重大事故后才去重視。所以，在此提出將通風(fēng)方案與排煙方案分別設(shè)計(jì)的理念。

對(duì)于普通的短隧道或長(zhǎng)隧道而言，發(fā)生火災(zāi)所造成的影響一般要比同等條件下的特長(zhǎng)隧道小，所以，為了降低工程造價(jià)和減少工程施工工期，對(duì)于短隧道和長(zhǎng)隧道的通風(fēng)方式及排煙方式可統(tǒng)一采用縱向式。對(duì)于特長(zhǎng)隧道而言，由于人員疏散及救援難度較大，火災(zāi)造成的破壞性較強(qiáng)，所以建議特長(zhǎng)隧道通風(fēng)方式仍采用較經(jīng)濟(jì)的縱向通風(fēng)方式，排煙方式則建議考慮設(shè)置專用排煙道，采用集中排煙方式。這種理念有別于平時(shí)我們的設(shè)計(jì)思路，正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的通風(fēng)還是縱向通風(fēng)，只是發(fā)生火災(zāi)后的排煙方式為橫向排煙，對(duì)于提高排煙效果，提高運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量在硬件上起到一定的作用。

隧道在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，可采用射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)方式，或軸流風(fēng)機(jī)斜/豎井分段縱向通風(fēng)方式；當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)后，則應(yīng)由通風(fēng)模式調(diào)整為火災(zāi)模式，通過在左、右洞之間的排煙道上設(shè)置的電動(dòng)排煙口來控制。電動(dòng)排煙口在隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，只有發(fā)生火災(zāi)時(shí)才開啟，通過設(shè)置在兩端的排煙風(fēng)機(jī)就近及時(shí)將煙氣排離行車道，同時(shí)還可以通過主洞內(nèi)的可逆射流風(fēng)機(jī)對(duì)洞內(nèi)煙氣流動(dòng)做適當(dāng)引導(dǎo)，減少煙氣影響范圍，營(yíng)造良好的疏散救援環(huán)境。

5 結(jié)語

隨著人們消防意識(shí)的不斷增強(qiáng)，對(duì)人的生命權(quán)提高到一個(gè)更高的層次，火災(zāi)排煙問題越來越受到大家的重視。尤其是特長(zhǎng)隧道的排煙問題，是擺在每一位通風(fēng)設(shè)計(jì)人員面前的一道課題，應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段予以充分考慮。

國內(nèi)常規(guī)通風(fēng)設(shè)計(jì)中，往往將排煙設(shè)計(jì)與通風(fēng)設(shè)計(jì)同方案化。本文提出對(duì)于特長(zhǎng)隧道通風(fēng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮獨(dú)立設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)采用縱向式，排煙系統(tǒng)采用橫向集中式。既解決了隧道正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的問題，又減少了火災(zāi)時(shí)煙霧在隧道中擴(kuò)散的范圍，使火災(zāi)得到了有效的控制。特長(zhǎng)隧道采用風(fēng)道集中排煙方式是實(shí)現(xiàn)煙氣分離最有效的手段之一，希望能在今后的應(yīng)用中得到更多的推廣，引起更多人對(duì)消防安全的重視。

[1] 綜合規(guī)劃司.2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[N].2016-05-06.

[2] 國務(wù)院晉濟(jì)高速公路山西晉城段巖后隧道“3·1”特別重大道路交通危化品燃爆事故調(diào)查組.晉濟(jì)高速山西晉城段巖后隧道“3·1”事故調(diào)查報(bào)告[R].2014.

[3] 王少飛.公路隧道火災(zāi)事故特性及危害[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2011(4):53-55.

[4] 吳德興.國內(nèi)外公路隧道火災(zāi)排煙設(shè)計(jì)理念比較[J].公路交通技術(shù)，2008(5):32-37.

[5] 張祉道.公路隧道的火災(zāi)事故通風(fēng)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003(1):23-33.

[6] 王 輝.公路隧道火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析[J].河北交通科技，2009(2):106-108.

[7] JTG D70/2—2014，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On design for fire accidents and smoke ejection in road tunnels

Yuan Hui

(TECHTrafficEngineeringGroupCo.,Ltd,Beijing100083,China)

In order to solve the limitation of the regular fire and smoke ejection methods in super-long tunnels, the paper introduces the design methods for common fire accidents and ventilation at home and abroad, points out the design ideas for the super-long tunnel ventilation design and different treatments for accident prevention designs, and optimizes the smoke ejection scheme after the fire accidents, so it provides some reference for the tunnel fire-accident and smoke ejection in tunnels.

fire accident of tunnels, tunnel ventilation, smoke ejection, design idea

1009-6825(2016)18-0152-02

2016-04-17

袁 慧(1983- )，男，工程師

U453.5

A