翔安海底隧道火災工況下通風排煙方案設計

石京偉

(中鐵電氣化局集團第一工程有限公司，北京 100070)

目前國內隧道的通風方式主要有3種，即全橫向通風、半橫向通風和縱向通風。根據國內外大多數公路隧道通風設計經驗進行類比分析，對于雙向分離式隧道，縱向式通風由于能夠充分利用交通流的活塞風效應，通風效果好，因此應用最為廣泛。該方案具有通風效率高、洞內環境舒適、噪聲較小、耗電量較小、環保效益好等優點，缺點是比不分段縱向式投資稍大。對于火災機械排煙系統，采用與隧道運營通風系統合用方案，該方案的優點是不需要另外設置特殊的排煙設施，火災產生的煙氣可通過隧道主洞從隧道洞口或豎井排出，節省投資。

1 翔安海底隧道通風系統概況

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

翔安海底隧道采用縱向分段送排式縱向通風方案。隧道通風系統的設計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條件、隧道分段設計需風量分配等各方面因素，左右線分別在廈門和翔安岸邊設送排風豎井，兩豎井各負擔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置，將隧道分成兩段，雖然兩段長度相差較大，但兩段需風量相差不大，比較合理。分段豎井位置見表1。

表1 隧道分段

根據風機分期方案、軸流風機的特性以及國內外隧道豎(斜)井軸流風機通風工程的建設經驗，翔安海底隧道豎井送(排)風軸流風機設計采用多臺并聯運行的方式。按照盡量降低風機單機功率、盡量減少風機規格的原則進行軸流風機配置，近期軸流風機配置見表2。

根據分期實施方案設置射流風機，通車初期至2015年之前采取近期設置方案，并預留遠期風機安裝位置及預埋件。按照射流風機的設置原則，主洞射流風機設置詳見表3。

2 正常和火災情況通風氣流組織

2.1 正常運營通風氣流

根據翔安海底隧道的特點，正常營運情況下采用的是分二段縱向通風方式。隧道正常運營時，左右線排風口風閥開啟，左右線排煙風閥關閉，通風系統根據隧道內的CO濃度和能見度控制風機的開啟;左、右線所有車行橫洞門和人行橫洞門均關閉。正常營運情況下通風氣流組織如圖1所示。

2.2 隧道火災通風排煙總方案

隧道火災通風的目的是保證隧道內人員的疏散并為滅火救援提供通風方面的安全保證，主要表現為:①提供逃生人員需要的新鮮空氣，由于火災發生時需要消耗大量的氧氣，導致隧道內滯留人員缺氧，威脅其生命安全;②阻止火災產生的煙霧四處蔓延，在外界風力較弱的情況下，火災產生的有毒煙霧四處蔓延，影響隧道內滯留人員的判斷和行動能力，導致判斷能力差、行動遲緩，嚴重影響人員逃生，并威脅其生命安全。

表2 軸流風機近期設置

表3 隧道射流風機設置 臺

圖1 翔安海底隧道正常運營通風氣流組織

翔安海底隧道的火災通風按照以下原則進行設計:①火災工況按一次火警考慮進行設計。②火災規模根據預測交通量、交通方式和車種比例等選擇20mW作為設計標準，相當于一輛大型客車著火。③隧道發生火災時，按縱向通風系統提供阻止煙霧逆向流動的臨界風速所需的推力來確定啟動的射流風機，按排煙所需的排煙風量來確定啟動的軸流風機。

翔安海底隧道的火災通風設計如下:①運營通風系統與火災通風系統采用同一套通風設備。②根據運營通風的分段，采用分段排煙方式。③一旦隧道發生火災，隧道暫時關閉，左右線隧道都只能允許車輛和人員撤出隧道，嚴禁車輛進入隧道。通風系統進入排煙運行程序，及時有效地控制煙霧的流動并迅速排出隧道。

隧道的風段以通風豎井排風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口為第Z1段，左線豎井排風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口為第Y2段，右線豎井排風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 火災時通風氣流組織

翔安海底隧道火災時的通風氣流組織具體如下:

1)在火災初期，調整通風系統降低風速，避免煙霧擴散太快，以利火點附近的人員疏散。部分射流風機啟動，軸流風機關閉。

2)火點前的車輛繼續行駛，向前從隧道出口疏散。火點后的車輛停止前進，人員從最近的車行、人行橫洞疏散。通風系統調整風速至臨界風速，控制煙霧流向前方。射流風機全部啟動，軸流風機關閉。

3)車輛、人員疏散完后，消防隊員通過橫洞進入火點實施滅火，通風系統保持臨界風速。

4)火災撲滅后，通風系統按最大通風量運行，快速將煙霧從前方的排風口(豎井或隧道洞口)排出。射流風機全部啟動，軸流風機啟動。

以下以右線隧道Y2段為例介紹通風氣流組織方案。圖2和圖3為右線隧道Y2段發生火災時不同時期的通風氣流組織方案。

圖2 右線隧道Y2段消防滅火期通風氣流組織

圖3 右線隧道Y2段火滅后排煙期通風氣流組織

2.4 通風性能測試

為確保人員安全，隧道發生火災時應使隧道內的人員停留區域盡可能為無煙區，這就要求隧道通風排煙系統在火災發生后能及時將煙氣從隧道排出。翔安隧道采用的是豎井分段式縱向排煙方式，通風系統應用于這種超大斷面、長距離的海底隧道中在國內尚屬首次。為此，翔安海底隧道專門邀請了設計方中交第二公路勘察設計研究院有限公司及武漢大學災害監測與防治研究中心對隧道火災工況下的通風排煙效果(隧道熱煙試驗)進行了測試。

測試結果顯示，在火災工況時，當翔安隧道左右線所有的射流風機和軸流風機開啟后，豎井基本上能把上游蔓延過來的煙氣全部吸入排風口中，只有少部分煙氣會蔓延過排風口，基本達到了設計的排煙排風要求。隧道內測試風速＞3 m/s，在人行橫洞防火門和車行橫洞防火卷簾門關閉的情況下，隧道風速可以達到3.5m/s，可滿足設計火災風速的要求。說明該隧道能夠達到隧道縱向臨界風速的要求，且左右線的風機都可以根據隧道實際運營需要調整風速。

3 結束語

翔安海底隧道工程通風系統方案，總體上能夠滿足隧道正常運營及火災時的通風排煙需要，各類機電設施設備只要加強維護、保養，并能合理調度，可以保證隧道運營安全。

［1］中華人民共和國交通部.JTJ 026.1—1999 公路隧道通風照明設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］夏永旭，趙峰.特長公路隧道縱向—半橫向混合通風方式研究［J］.中國公路學報，2005，18(3):80-83.

［3］王曉雯.公路隧道送排式縱向通風流體力學分析與計算模型［J］.重慶交通學院學報，2004，23(2):16-20.

［4］何川，李祖偉，方勇，等.公路隧道通風系統的前饋式智能模糊控制［J］.西南交通大學學報，2005，40(5):575-580.

［5］孫巧燕，杜愛月，蘇詩琳.基于模糊控制的公路隧道通風控制系統［J］.長安大學學報，2003，23(4):51-53.

［6］徐士良.特長隧道通風豎井設計與施工技術［J］.鐵道建筑，2012(1):80-82.