1.概述
着工程建设交通事业发展类生产生活断需求世界国建交通隧道里程丁迅速延长统计2021年整欧洲区交通隧道网络总长超10000km国第二次全国公路普查中县级公路隧道建设总长550km10年断增长交通流量路况改善运输物品复杂性增加交通隧道火灾风险引发少严重火灾事例1999年3月24日发生法国意利间MontBlanc隧道火灾死亡4136辆汽车毁1999年5月29日发生奥利TauemMotorway隧道火灾死亡12伤502021年11月11日奥利卡布伦山山缆车火灾死亡155伤18
隧道火灾仅严重威胁生命财产安全交通设施类生产活动造成巨损坏国20年投入相力量隧道火灾行火灾防护进行较广泛研究取定成果制订技术求标准
交通隧道般包括公路隧道铁路隧道铁隧道城市交通隧道等类隧道火灾防护没质区原均应根隧道允许通行车辆货物考虑火灾场景
确定合理效消防安全措施根关研究公路隧道火灾风险铁路隧道2025倍文分析总结国外相关研究基础针国公路隧道城市交通隧道消防安全设计研究发展提出法
2.国外隧道防火研究现状
20世纪80年代国外方面开展研究:车辆燃烧特性模拟通风车辆燃烧影响烟气增长木垛火庚烷火模拟正常火灾荷载较烟气中毒成分生成量分析隧道火灾增长烟气运动数值模拟技术隧道衬火灾中表现驾驶员隧道心理行相关影响素消防救援方法策略救原等研究认:隧道火灾规模取决通行车辆类型隧道部达温度火灾荷载见表1
车辆类型 高温度℃ 热释放速率(MW)
汽车 400500 35
公汽车 700800 1520
载货卡车(油槽车外)10001200 50100
国隧道烟气数值模拟衬砌承载力评估隧道温度场分布等方面做量研究
2.1国外隧道设计方面技术求标准
国目前1992年发布国家现行标准铁道设计规范
(正修订)1985年发布铁道部现行标准铁路隧道设计规范1989年发布交通部现行标准公路隧道设计规范(正修订)标准分铁铁路隧道山岭公路隧道防火疏散做部分规定均够完善未城市区域交通观光游览隧道防火设计做出规定目前国家标准建筑设计防火规范正增补关城市交通隧道(铁外)防火设计求
国外荷兰编制TNO报告98CVBR1161隧道防火TNO测试标准隧道防火测试方法规定隧道火灾场景确定方法相关消防安全工程设计方法隧道结构耐火测试方法德国1994年制订RABT公路隧道设施运行准中隧道中火灾规模做出规定1995年制订ZTV隧道关公路隧道建设补充技术条款准中第10章建筑防火'规定隧道升温曲线建筑结构部系统应采取防火措施英国制订BD7899公路桥梁设计手册指导运消防安全工程方法隧道进行防火设计美国消防协会制订NFPA502公路隧道桥梁限行公路标准中规定类型隧道消防求求长度超240m隧道应根特定隧道设计参数(长度横截面分级导风交通流货物类型设计火灾参数等)采工程分析方法设计通风设施日制订日建设省道路隧道紧急设施设置基准该基准公路隧道长度汽车交
通量隧道进行分级根等级规定公路隧道火灾防护求
2.2国外隧道结构测试种升温曲线
国测试建筑构件耐火极限方面直采IS0834国际标准规定温度时间曲线研究表明汽车燃料车辆运载石油化工产品液化石油气等碳氢化合物化学物质燃烧释放率火场温度梯度达高环境温度该升温曲线描述情况差异隧道结构设计耐火保护需种情况相适应欧洲国发展系列隧道火灾类型时间温度曲线
RWS曲线1979年荷兰TNO实验室研究结果基础研究出假设利火灾情况潜热值300MW燃油油罐车持续燃烧120min假设120min消防员已火势控制接火源开始熄灭火源该曲线模拟油罐车隧道中燃烧情况初温度迅速升接着着燃料减少逐步降
瑞士山岭隧道更长远离消防队采RWS曲线时设计时间延长180min外法国采隧道升温曲线RWS类似高点温度1300℃
碳氢化合物燃烧曲线模拟火灾发生较开放带热量散发
RABT
曲线德国通系列实验研究结果发展尤里卡(EUREKA)项目该曲线假设火场温度5min快速升高1200℃持续较短时间冷110min
该曲线模拟场简单卡车火灾升温状况针特殊火灾类型高温度持续时间延长60min更长时间然冷110min
3.隧道火灾场景火灾发展
20年国际已进行量研究确定发生隧道建筑中火灾场景火灾类型真正废弃隧道中实验室条件进行研究表明公路隧道火灾起火1015min热释放速率快速增长温度急剧升部分火灾510min达1000℃隧道火灾场景取决交通工具类型
火灾热量输出热辐射决定温度烟气层热散失流温度影响高温时热量总超散失热量隧道种相封闭结构数热量隧道顶壁吸收时热烟气层顶壁通辐射热传递火焰加剧火灾发展速率隧道火灾果引燃阶段扑灭会迅速形成完全发展火伴着急速升温
般火灾场景假设:辆汽车火灾公汽车火灾载货卡车火灾燃液体石油气槽车火灾火灾持续时间热释放速率等情况象较差异
辆汽车火灾(4辆车例)般30s达12MW值持续约60min公汽车火灾10min达25MW值持续约90min载货卡车火灾5min左右达180MW值持续约60min火焰传播达4060m
火灾周围环境温度影响热辐射烟气层流隧道种相封闭结构火灾中释放部分热量隧道顶壁吸收热烟气层热顶壁时通辐射热传递回火焰加剧火灾隧道火灾果引燃阶段扑灭会迅速发展成完全发展火附区域温度急速升
悉尼港口隧道研究中研究员轿车火灾定义3MW(a00115)卡车火灾10MW(a018)危险物品货车(a018)公路槽车50MW(a018)火灾增长参数危险温度场烟气扩散区影响较普通轿车(01kWs2)型卡车(03kWs2)危险区域温度场烟气扩散区变化影响较石油罐车液化石油气槽车(154kWs2~105kWs2)等危险区域温度场快升高烟气扩散蔓延极快
4.隧道消防安全工程设计
隧道种外界直接连通口限相封闭空间隧道限逃生条件热烟排出
口隧道火灾具燃烧周围温度升高较快持续时间长着火范围较消防扑救进入困难等特点增加疏散救援员生命危险隧道衬砌结构受破坏直接损失间接损失巨隧道设计中必须考虑火灾防护措施
隧道火灾危险客车行李危险货物车辆隧道身
隧道消防安全控制目标:提供疏散设施减少员伤亡方便救援灭火行动避免隧道混凝土衬爆裂通隧道结构设备防护减隧道修复隧道中断造成损失
公路隧道防火设计中应考虑结构耐火防坍塌降低隧道材料燃烧性设置火灾探测报警监控信号系统规划设置分隔救援疏散避难应急系统烟气控制系统等
4.1隧道结构保护
隧道火灾持续时间较长MontBlanc隧道火灾持续55h36辆车卷入火灾研究表明混凝土结构表面受热会产生爆裂现象混凝土底层冷会出现深裂纹结构荷载压力混凝土含水率(包括物理水含量分子结合水)越高产生爆裂性越混凝土配料中加入聚丙烯纤维会明显改善未保护混凝土果质量含水
率超3遇高温火焰作530min会产生爆裂深度甚达4050mm造成隧道跨塌原般150200℃时混凝土表面开始爆裂
隧道构造形式圆形矩形拱形矩形结构失效通常混凝土增强钢筋温度升高导致早产生垂塑性弯矩矩形隧道较圆形隧道受压力荷载较产生爆裂情况较轻圆形隧道增强钢筋垂弯矩承受张力承受压力荷载盾构式圆形隧道通常采等级C50高标号混凝土火灾中爆裂性深度较高
混凝土发生爆裂仅直接威胁救援逃生会增强钢筋直接暴露火灾中减少承载结构横截面面积隧道结构耐火设计应考虑部达高温度升温特性结构体火灾行确定相适应设定火灾规模时间温度曲线保证隧道结构规定类型火灾条件完整性稳定性
隧道结构耐火保护般采混凝土中添加聚丙烯纤维混凝土衬安装防火绝热保护层者隧道安装动喷水灭火系统
4.2通风防排烟
根隧道火灾事分析氧化碳导致死亡约占总数50直接烧伤爆炸力毒气体引起死亡约
50通常采通风防排烟措施控制烟气产物运动改善火灾环境降低火场温度热烟气火灾热分解产物浓度改善视线机械通风会通途径类型规模火灾产生影响某情况反会加剧火灾发展蔓延实验表明:低速通风时轿车火灾影响降低型油池火灾(~10m2)热释放速率加强通风控制型油池火灾(~100m2)机械通风载重货车火灾增长率达然通风十倍
隧道通风然横半横通风四种方式短隧道利隧道活塞风'采取通风长隧道需采横半横通风隧道通风系统火灾中起排烟作通风道排烟设备必须具备定耐火性
隧道通风设计般需针特定隧道特性参数(长度横截面分级导风交通流流量货物类型设定火灾参数等)通工程分析方法进行设计种场模型区域模型隧道烟气运动进行计算模拟FASITJASMIN等
目前关隧道通风排烟研究集中烟气流动影响缺乏通风火灾身影响研究
4.3安全疏散避难设施
员隧道正常疏散速度15ms烟气情况
1ms般极限辐射热耐受值2~25kWm2消防员带空气呼吸装置时耐受极限30min5kWm2般160℃烟气层辐射热2kWm2270℃烟气层辐射热5kWm2员疏散时高空气温度应超80℃温度耐受时间约15min
避难设施仅逃生员提供保护消防队员暂时逃避烟雾热气场中长隧道设计中必须考虑员安全避难设置考虑通道布置隔间空间分配相应辅助设施需火灾表明火灾时已进入安全避难热烟气泄漏终导致死亡安全避难低耐火极限应隧道结构耐火极限致应够隔绝高热阻止烟气进入通常应考虑区域设置独立送风系统
外隧道疏散口位置疏散门形式非常重侧开开开门提供合适开口便机动车辆通行进入疏散通道避难门应采动关闭常闭防火门防火门耐火极限应相应结构耐火极限致具良防烟绝热性
4.4动喷水灭火系统
动喷水灭火系统建筑物应广泛种灭火设施现试验情况目前公路交通隧道应动喷水灭火系统效性存争议般交通隧道设置动喷水灭火系统应充分考虑情况:
(1)隧道火灾通常发生车辆部车厢里车辆发动机部分安装隧道部喷头达灭火效果
(2)火灾引燃喷头动作间段延迟时间隧道快速增长火灾喷洒细水滴汽化产生量高温蒸汽难火灾扑灭反会增加逃生员危害性
(3)隧道部狭长车辆行形成活塞风热量燃烧产物会着隧道快速蔓延仅启动起火点方喷头起作
(4)灭火系统动作产生冷作隧道顶棚热烟气层降低破坏烟气分层
(5)系统中喷出水会路面变湿滑危险导致燃液体火灾进步扩
(6)水源相应排水系统泵站系统维护电力保障等
根世界道路协会(PIARC)关报告数国家认绝数隧道火灾发生油箱车厢动喷水灭火系统作欧洲动喷水灭火系统仅特殊目例挪威两条隧道中安装动喷水灭火系统保护添加聚亚氨酯隧道衬利时丹麦法国意利荷兰英国隧道安装动喷水灭火系统日10km长隧道3km通行载重货车短隧道求安装动喷水灭火系统美国条允许装载危险品车辆通行隧道安装动喷水灭火系统
NFPA502建议仅车辆运输危险货物时考虑采水成膜泡沫雨淋系统
4.5消防设施
隧道中消防安全设施包括:应急明信号系统监控火灾报警系统通讯设施消防栓消防泵灭火器等
设计中否采取某种系统采种类型系统应视特定隧道具体情况定例选择动报警系统时应考虑感烟探头然感温探头反应快隧道车辆尾气排放影响误报性较奥利长度超1500m汽车隧道流量高隧道均设置火灾探测器瑞士瑞典日根隧道情况求设置火灾探测器国家般特殊隧道安装
设计信号通讯设施时应考虑隧道封闭环境噪声员生理心理影响效行车员传达信息降低逃生员恐慌心理等
火灾发生时电力系统正常工作隧道中员逃生关重定时间保护系统受火灾影响中包括消防泵房火灾报警系统疏散应急明系统排烟道系统等电
5.国公路隧道防火设计开展消防安全研究相关建议
5
.1国公路隧道防火设计建议
根关隧道研究火灾情况建议隧道设计时应根隧道燃物数量种类隧道途物理条件长度通风排烟等素综合考虑进行单孔双孔隧道长度(L)进行分类见表2
类型 L>3000m 1500m<L3000m 500m<L1500m L500m
通行危险品型货车 类 类 二类 三类
通行般载客载货车辆 类 二类 三类 四类
行通行非机动车辆 二类 三类 三类 四类
隧道结构耐火设
计中二类隧道承重结构体耐火极限建议采BABT升温曲线测试类应低200h二类应低15h三类隧道耐火极限采HC升温曲线测试应低200h四类隧道耐火极限限水底隧道顶部应设置抗热击耐高温防火衬耐火极限应低300h
安全疏散设计中双孔隧道建议隧道长度方设置通相邻隧道安全疏散行横洞车行横洞双孔中间设置直通隧道外行车行安全通道二三类水底隧道宜设置车行横洞间隔宜500m~1000m二三类山岭隧道车行横洞间隔宜200m~300m车行横洞兼作行横洞二三类供机动车辆通行通风方式单孔隧道应设置员疏散出口独立避难等确保员安全疏散避难设施间隔宜
300m二类水底隧道应隧道长度方设置保证员安全疏散通道设施疏散通道设施间隔:二类隧道宜250m三类隧道应300m(长度500m隧道设)
隧道应设应急明系统明时间:二类隧道宜3h三类隧道宜2h应急疏散指示明灯具设隧道两侧高度宜15m
5.2国开展公路隧道消防安全研究相关建议
隧道消防安全目前国际消防研究热点领域已取许研究成果量问题需进步研究国方面开展工作甚系统力物力投入足部门间合作国际间合作机制尚需加强完善具体研究容建议方面重点开展相关隧道消防安全工作:
(1)隧道火灾风险评估方法建立类型规模隧道消防安全设计基准
(2)隧道火灾烟气模型:建立设定火灾场景火灾发展烟气运动火场温度持续时间预测方法技术
(3)隧道火灾试验方法:确定隧道结构特定火灾场景耐火性试验标准防火措施
(4)研究隧道驾驶员火灾中疏散员行
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