公軌雙層共管合建隧道火災疏散措施研究*

趙世超 姜學鵬 蒲婷

(1.濟南城市建設集團有限公司 濟南 250131； 2.武漢科技大學資源與環境工程學院 武漢 430081)

0 引言

公軌雙層共管合建隧道上層為公共道路、下層為軌道交通空間，比傳統單層隧道更節省地下空間，但其空間較為密閉，排煙較為困難，一旦發生火災，極易造成十分嚴重的財產損失和人員傷亡事故，且同時滿足兩種交通方式，對疏散救援要求更高。

火災時，隧道內人員及車輛的具體疏散方式及方向、火源的位置，影響著火勢的發展、火災的撲救和人員疏散的困難程度；疏散口的間距的合理設置也是人員安全疏散的重要保障。部分學者針對隧道內人員疏散及救援開展了相關研究，馬偉斌等[1]從施工和運營方面闡述了鐵路長大隧道防災疏散救援技術體系，提出了救援總體原則和疏散救援預案；鄧敏等[2]對單洞雙層盾構隧道疏散路徑及疏散口尺寸進行了研究；方銀鋼等[3]分析了上海長江隧道公路層火災正常運營工況和堵塞工況下疏散救援措施。以上研究僅包含公路層或軌道層火災，本文將對公軌雙層共管合建隧道公路層和軌道層地鐵分別發生火災進行疏散救援措施研究，以期為該類隧道火災疏散救援提供參考依據。

首先對公軌雙層共管合建隧道火災時，公路隧道層人員及機動車輛和軌道層列車乘客的疏散方式及應急處置方式進行分析，然后以濟南黃河公軌雙層共管合建隧道為例，上層公路隧道和下層軌道交通隧道分別發生火災時，對隧道疏散救援系統參數設置的合理性進行評估。

1 公軌雙層共管合建隧道火災疏散方式研究

公軌雙層共管合建隧道上下層共用疏散通道，設置在軌道交通層。通常，交通流被劃分成暢通和阻塞2種狀態[4]。公路隧道火災時，考慮最不利于人員疏散情況，機動車輛處于阻塞狀態，火源正對一疏散樓梯口，人員利用就近樓梯疏散至疏散通道；軌道層發生火災時，考慮列車失去動力迫停于隧道內，利用疏散口進入疏散通道疏散。必需疏散時間由報警時間、響應時間和疏散行走時間組成，其中報警及響應時間為120 s[2]。

1.1 公路層隧道火災疏散方式

當公路層發生交通事故時，人員在阻塞工況下進行疏散，其疏散方向如圖1所示[3]。火源之后的車輛因無法繞過火源而停車疏散，火源和交通事故車輛之間的車輛因阻塞而停車疏散，人員疏散路徑采用就近原則，事故車輛之前無煙區的車輛可繼續前行。向火源下游通風，煙氣在下游聚集會危害事故車輛與火源點之間的人員安全，因此應在事故車輛與火源點之間的人員全部進入疏散通道后再進行通風排煙，使得該段道路處于煙氣自由蔓延狀態，其可用安全疏散時間小于火源上游的可用安全疏散時間。

圖1 公路層火災人員疏散路徑

1.2 軌道層隧道火災疏散方式

軌道層列車人員乘車均經過安全檢查，不會攜帶易燃易爆物品，另根據美國運輸安全局(National Transportation Safety Board)的調查結果，約有90%的列車火災為電氣火災，且由于列車使用的高負荷電氣設備大多位于列車下方，約有65%列車火災發生于車底。列車發生火災時，在動力允許的情況下應盡量駛向相鄰車站疏散，當被迫停在隧道內時考慮火源位置分為列車頭部、中部和尾部，若火災發生在車頭或車尾，需疏散的人員集中在火源一側，可以臨界風速通風將煙氣控制在火源另一側，人員疏散較安全，因此最危險火源位置為中間車廂。

火災發生在列車中部時，此種情況下若不通風排煙，煙氣自由蔓延沉降較為迅速，火源兩側人員均易受到煙氣產生的高溫、CO等傷害，無法保證人員安全疏散；可向火源下游通風，煙氣在下游聚集，因列車密閉性較好，不會對下游車廂內的人員產生危害，火源下游的乘客通過列車內部通道向上游車廂疏散，經車廂側門下至疏散平臺或經車廂端門進入道床，通過疏散門進入疏散通道，見圖2。

圖2 軌道層火災人員疏散路徑

2 濟南黃河隧道火災疏散安全評估

本文以濟南黃河公軌雙層共管合建隧道為例進行分析，其分析過程也適用于其他公軌雙層共管合建隧道工程。上層為公路層, 下層為軌道交通層、排煙道、疏散通道和共同管廊。共用疏散通道通過防火墻與軌道行車空間分隔，其寬度為1.7 m。上層公路隧道每隔一定間距設置疏散樓梯，其寬度為0.8 m；下層軌道交通隧道在防火墻內側設置寬度為0.75 m的疏散平臺，并在防火墻上每隔一定間距設置疏散門，其寬度為0.9 m。隧道內人員安全疏散的關鍵是必需安全疏散時間小于可用安全疏散時間[5]。

2.1 公路層隧道疏散安全評估

可用安全疏散時間按照《道路隧道設計標準》(DG/TJ08—2033—2017)[6]規定取值為900 s。上層公路隧道為城市快速路，通行小客車、大客車與小貨車，其車型比例及尺寸如表1所示。公路層道路為單向3車道，共6車道。疏散口間距為75 m。人員比例及行走速度按照《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》(TB 10020—2017)[7]要求?！豆匪淼涝O計規范》(JTG 3370.1—2018)[8]規定：長度大于1 000 m的隧道，阻滯段宜按每車道長度為1 000 m計算。取隧道長度1 km，車輛前后間距1 m，則車輛總數為517輛，火災發生時隧道內滯留3 385人。

表1 隧道內車型比例及尺寸分類

(1)大客車乘客共45人乘車，人員最多，且內部通道狹窄僅0.35 m，易造成人員堵塞。模擬火災發生120 s后人員開始疏散，122 s后第一人下車成功，最后一人在189.3 s后下車，模擬疏散圖見圖3。位于火源點與事故車輛之間的大客車可用安全疏散時間更少，對于疏散設施要求更高，若疏散過程中，大客車內部通道處發生人員摔倒事件導致堵塞發生，會極大的增加人員必需安全疏散時間，使乘客處于更加危險狀況。

圖3 大客車內部疏散圖

(2)樓梯寬0.8 m，僅滿足人員單列疏散，疏散口處擁堵嚴重；人員通過疏散樓梯進入疏散通道，疏散通道僅1.7 m，在疏散口處被樓梯占據部分寬度，導致疏散樓梯處的疏散通道出現堵塞情況，如圖4所示。

圖4 公路層隧道火災人員疏散圖

(3)公路層人員全部進入疏散通道內的時間為785.28 s，小于可用安全疏散時間900 s，滿足人員安全疏散要求。

2.2 軌道層隧道疏散安全評估

人員可用安全疏散時間采用FDS模擬計算獲得。軌道交通層采用4動2拖6輛編組A型車，編組型式為Tc-MP-M*M-MP-Tc?！兜罔F設計防火標準》(GB 51298—2018)[9]指出地鐵列車的火災規模通常取用7.5～10.5 MW，取其中的較大值10.5 MW為本項目的火災熱釋放速率?；鹪次挥趨^段3中間列車中間外部，火災增長系數為α=0.046 89(kW/s2)，采用南岸排煙道風機排煙140 m3/s、北岸側風井送風140 m3/s的通風排煙模式，見圖5。

圖5 軌道層隧道火災人員疏散圖

A型列車總體尺寸為長140 m×寬3 m×高3.8 m，每節車廂單側車門數量為5個，寬1.4 m，車頭/車尾車廂設有緊急逃生門，寬1 m；每節車廂的最大載客量為310人/節，故列車定員時最大載客量為1 860人。人員比例及行走速度按照《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》(TB 10020—2017)[7]要求。

(1)依據《NFPA130:2017美國軌道車輛材料防火測試標準》[10]中地面材料臨界熱輻射量測試標準，車廂底板隔離火焰至少需達到45 min(2 700 s)。因此人員需在列車保持完整性之前全部從列車內疏散完畢。1～3節車廂必需安全疏散時間分別為722 s、1 018 s、1 352 s，均小于列車防火隔板耐火時間(2 700 s)，1～3節車廂乘客可安全疏散至4～6節車廂。疏散平臺僅0.75 m，供1股人流通行，導致列車側門處出現嚴重擁堵情況。

(2)模擬火源位于最危險位置，正對疏散門，該疏散門不可用于人員疏散，極大的增加了人員疏散時間與擁堵情況，而且還會加劇人員的焦躁情緒, 容易造成次生事故的發生。

(3)隧道內人員全部進入疏散通道的時間為3 323.03 s，未超過可用安全疏散時間3 600 s，疏散設計滿足人員安全疏散要求。雖然疏散時間較長，但是由于隧道內的通風排煙系統很好的抑制了煙氣的回流，從而為火源上游人員的逃生提供了一個比較有利的環境。

3 疏散措施及建議

報警及人員響應時間在必需安全疏散時間中占有較大的比例，減少報警和人員響應時間對人員安全疏散十分重要。隧道內應采用消防報警系統、手動報警、電話報警等相結合的方式以減少報警時間，當明確報警信息時，及時通過廣播、顯示屏等方式告知隧道內工作人員及乘客，采取相應措施疏散。

火災可劃分為3個階段：Ⅰ階段，燃料著火→升溫→冒煙及燃燒；Ⅱ階段，燃燒擴散→燃燒高峰；Ⅲ階段，持續燃燒→火勢減弱→熄滅。疏散救援最有成效的是第Ⅰ、Ⅱ階段，火災發生后，隧道內工作人員在條件允許的情況下應盡快采用相關消防設施滅火，減緩火勢發展，為人員疏散爭取更多的可用安全疏散時間。

救援階段也劃分為3個階段：Ⅰ階段，火災發生后，司乘人員自救；Ⅱ階段，隧道工作人員接到報警信息后趕往現場救援；Ⅲ階段，消防專業人員接收到火災信息后到達火災現場滅火。車輛內人員在發現火災后應第一時間報警，若火源點較小可利用車輛配備的滅火器滅火；隧道工作人員在核實信息后應第一時間下達疏散指令。

3.1 公路層隧道疏散措施及建議

公路層隧道發生火災最危險狀態是道路處于阻塞狀態，此時隧道內車輛最多，導致必需安全疏散時間最長，在日常預防火災時應盡量避免隧道內車輛處于阻塞狀態。采取有效措施減緩疏散口處人員擁堵情況有利于減少人員必需安全疏散時間。

(1)隨意變道在飽和狀態交通流下易導致刮碰，而事故的發生往往導致交通中斷[11]。對隧道內及隧道出入口位置隨意變更車道的車輛進行自動拍照取證，減少事故與火災同時發生的可能性。

(2)隧道內車輛間距較小時，容易造成追尾事故，增加火災人員疏散困難，可采用安全車距取證系統在車輛正常行駛的情況下，對未按規定保持安全車距的車輛抓拍取證。

(3)公路層隧道發生火災時，出口處車輛駛離隧道，立即封閉入口，洞口情報板顯示“隧道火災封道”、“禁止車輛駛入”等強制信息，實現車輛自然消散。

(4)火災發生后，隧道內工作人員做好疏散指揮工作，將堵塞較為嚴重的疏散口處人員引向次近疏散口疏散。

(5)火災處置結束后，疏通隧道兩端車輛，開啟應急救援通道，保證消防救援車輛人員通行。

3.2 軌道層隧道疏散措施及建議

(1)列車發生火災時，在列車停下來之前，乘客應向上游車廂疏散，待全部疏散至上游車廂后，關閉火源所在車廂的風擋門，防止火災向相鄰車廂蔓延。

(2)發生火災時，控制中心調度人員在綜合監控調度工作站上啟動區間火災模式，通過一鍵模式下發控制指令，同時聯動區間疏散指示設備和隧道風機。根據《地鐵設計規范》(GB 50157—2013)[12]，疏散方向應為迎風方向，區間疏散指示方向和隧道風機的風向相反。

(3)疏散平臺寬度較小僅能單列行走，不利于人員快速疏散，乘客可利用道床行走至疏散門處再進入疏散平臺。

4 結論

通過對公軌雙層共管合建隧道火災公路層車輛和軌道層列車及人員疏散路徑分析，以濟南黃河隧道為例，驗證了其疏散口間距滿足人員安全疏散要求，并提出了公路層通過采用監控系統減小車輛行車間距以減少事故概率的措施，同時工作人員引導人員往次近疏散口減緩疏散口擁堵狀況；軌道層盡量駛向最近救援站疏散，若被迫就地停車可利用道床減少人員必需疏散時間。