公路隧道火災排煙設計探討

袁 慧

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京 100083)

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公路隧道火災排煙設計探討

袁 慧

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京 100083)

為解決特長隧道常規火災排煙方法的局限性，介紹了國內外常用隧道火災通風和排煙設計方式，提出了特長隧道通風設計和防災設計區別對待的設計理念，優化設計了火災發生后的排煙方案，對今后的隧道火災排煙設計工作有一定參考意義。

隧道火災，隧道通風，防排煙，設計理念

0 引言

隨著近幾年國家對基礎設施建設的大力投入，公路建設得到了突飛猛進的發展，迎來了公路建設的高峰期。隨著高速公路建設水平的提高，越來越多的隧道投入到使用中。根據交通運輸部統計數據，截至2015年年底，全國公路隧道為14 006處、1 268.39萬m，其中，特長隧道744處、329.98萬m，長隧道3 138處、537.68萬m[1]。出現了一大批5 000 m以上的特長隧道，如18.3 km的秦嶺終南山隧道、13.2 km的虹梯關隧道、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。長大公路隧道一旦發生火災，煙霧難以及時排出，疏散救援將十分困難，往往會造成極具破壞性和危險性的后果。

1 隧道火災的危害及特點

隨著國家對安全生產意識的不斷增強，在設計階段如何預防火災事故的發生以及如何考慮火災時的應急對策成為擺在我們面前的一道課題。通過對國內外火災事故數據的采集調研，總結出火災事故的主要特點如下：

1)高溫氣體迅速擴散，煙霧積聚增加。

當隧道發生火災后，由于隧道內煙霧所能行走的范圍有限，只能沿著隧道內部從就近的排煙口進行排煙，而排煙口的設置往往有一定的距離，所以隧道內煙霧積聚濃度較大，煙霧擴散距離較遠，高溫氣體大量聚積在隧道內，對隧道及洞內設施破壞較大。

2)火災蔓延快，控制難度大。

因車輛事故等引起火災后，除車輛本身攜帶了一定數量的燃油外，還可能有運載易燃、可燃貨物及危險貨物等的汽車，高溫氣體可以在隧道內迅速傳播到很遠，點燃遠處的易燃物，甚至發生爆炸，火勢蔓延快，不易控制。如巖后隧道火災就是最典型的一個例子。

3)疏散、救援難度大。

火災可能會對供電系統、照明系統、通風系統、監控系統、沿線管線、線纜等造成一定的損害，從而影響救援設施的正常使用等，也使消防人員很難接近火源進行緊急救援。

根據以上火災事故特點分析可知，煙霧不能及時排出隧道外是導致隧道內人員傷亡、洞內設施遭到破壞、人員疏散救援難度加大的根本原因。所以，火災時如何科學有效地解決好隧道洞內排煙問題，就成為減少人員傷亡、降低財產損失和科學運營管理最關鍵的因素。

2 規范對排煙的要求

交通運輸部1999年下發的JTJ 026.1—1999公路隧道通風照明設計規范要求，“通風設計時必須考慮火災對策，長度大于1 500 m且交通量較大的隧道應考慮排煙措施”[7]。在多年實踐經驗的基礎上，隨后于2014年又發布了新的規范JTG D70/2—2014公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施及JTG D70/2—02—2014公路隧道通風設計細則，對火災排煙提出了更高的要求“長度L>1 000 m的高速公路和一級公路隧道、長度L>2 000 m的二、三、四級公路隧道應設置火災機械防煙與排煙系統”,要求在進行隧道通風設計時，必須對火災工況下的通風排煙方案進行設計和分析。所以，在做隧道通風系統設計過程中，要統一將通風系統和防排煙系統綜合考慮，合理配置隧道通風方案，使隧道通風系統既能兼顧隧道正常運營情況下的通風功能，又具備隧道火災事故工況時的事故排煙功能，對隧道通風設計人員提出了更高的要求。

3 國內主要通風和防排煙方式

目前，縱向通風和橫向通風是應用較多的兩種通風方式。尤其是縱向通風方式，近些年國內通車的隧道多數采用了縱向通風方式。這主要是因為縱向通風既無需設置專用通風管道，也無需增大隧道斷面積，僅僅是充分利用了隧道活塞風的作用，就取得了良好的效果。縱向通風經濟性優越，綜合性價比相對較高，所以在國內得到了很大的推廣。但對于火災工況下的排煙方式而言，在隧道通風系統設計中對火災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方式。縱向通風的優點同時也是縱向排煙的缺點，火災時，高溫氣體在隧道主洞內的行程較遠，這是一種內在的缺陷，而集中排煙措施很好地解決了這個問題。采用火災集中排煙措施(橫向通風的一種)是一種更可靠，更有效的排煙方式，是目前國內外排煙設計的發展方向。

3.1 縱向式排煙方式

縱向排煙方式是利用通風設備產生的不小于臨界風速的縱向氣流，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，因為當排煙工況啟動時，往往隧道下游的車輛已經安全離開隧道，煙氣向下游排放時沒有人員在前方。一方面，與橫向式排煙相比較，縱向式排煙所需的隧道標準斷面開挖量小的多，經濟性很強。所以這也是當前我國國內應用最多的一種排煙方式。另一方面，如果采用縱向通風，當高溫氣體沿隧道向出口處移動時，也會將氧氣源源不斷地向前推送，從而更加大了火災的危害性，如果不能很好的控制高溫氣體，其流經隧道時，也會造成能見度降低，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重的安全隱患。比如雙向交通的情況，當發生火災后，由于兩個方向都有交通量，對洞內人員進行及時的疏散和救援的難度較大，容易造成二次事故的發生。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常被用于解決雙向交通公路隧道和特長單向交通隧道的通風問題。集中排煙方式往往不是獨立存在的，往往是與橫向通風方式相結合使用的。在隧道頂部或側面設置風道，正常狀態下，軸流風機處于送風狀態，向風道內輸送新風，并通過電動風閥來控制送風口的啟閉，實現隧道內均勻舒適的橫向通風；當處于火災狀態下時，軸流風機逆向，改為排煙模式，火災點遠處的風閥全部關閉，火災點附近的電動風閥打開，此時的高溫氣體立即通過開啟的電動組合風閥進入到排煙通道中，減少了高溫氣體在隧道主洞內的行程。集中排煙方式能使火災煙氣得到更有效的控制，不但送風均勻度好，司乘人員在洞內的任何地方，都能感受到同樣的風速和狀態，而且一旦隧道內發生火災，消防人員可以從任意方向進行救援，消防能力大大提高。

4 一種新的通風和防排煙組合理念

在國內，目前特長隧道的正常運營通風和火災排煙絕大多數采用縱向通風方式。造成國內通風與排煙方案等同化的原因是多方面的。隧道排煙設計之所以受到通風方案的綁架，一方面是由于縱向通風的經濟實用性得到了大范圍的推廣和認可，另一方面受資金、工期、排煙意識等多方面現實情況影響。集中排煙方式需要設置獨立的排煙通道，必然會增加開挖量，從而增加資金投入和影響工期；客觀講，國內對火災的重視程度還不夠高，前期準備較少，往往在發生重大事故后才去重視。所以，在此提出將通風方案與排煙方案分別設計的理念。

對于普通的短隧道或長隧道而言，發生火災所造成的影響一般要比同等條件下的特長隧道小，所以，為了降低工程造價和減少工程施工工期，對于短隧道和長隧道的通風方式及排煙方式可統一采用縱向式。對于特長隧道而言，由于人員疏散及救援難度較大，火災造成的破壞性較強，所以建議特長隧道通風方式仍采用較經濟的縱向通風方式，排煙方式則建議考慮設置專用排煙道，采用集中排煙方式。這種理念有別于平時我們的設計思路，正常運營時的通風還是縱向通風，只是發生火災后的排煙方式為橫向排煙，對于提高排煙效果，提高運營管理質量在硬件上起到一定的作用。

隧道在正常運營時，可采用射流風機縱向通風方式，或軸流風機斜/豎井分段縱向通風方式；當隧道發生火災后，則應由通風模式調整為火災模式，通過在左、右洞之間的排煙道上設置的電動排煙口來控制。電動排煙口在隧道正常運營時處于關閉狀態，只有發生火災時才開啟，通過設置在兩端的排煙風機就近及時將煙氣排離行車道，同時還可以通過主洞內的可逆射流風機對洞內煙氣流動做適當引導，減少煙氣影響范圍，營造良好的疏散救援環境。

5 結語

隨著人們消防意識的不斷增強，對人的生命權提高到一個更高的層次，火災排煙問題越來越受到大家的重視。尤其是特長隧道的排煙問題，是擺在每一位通風設計人員面前的一道課題，應該在設計階段予以充分考慮。

國內常規通風設計中，往往將排煙設計與通風設計同方案化。本文提出對于特長隧道通風方案設計時，可考慮獨立設置通風系統和排煙系統，通風系統采用縱向式，排煙系統采用橫向集中式。既解決了隧道正常運營通風的問題，又減少了火災時煙霧在隧道中擴散的范圍，使火災得到了有效的控制。特長隧道采用風道集中排煙方式是實現煙氣分離最有效的手段之一，希望能在今后的應用中得到更多的推廣，引起更多人對消防安全的重視。

[1] 綜合規劃司.2015年交通運輸行業發展統計公報[N].2016-05-06.

[2] 國務院晉濟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查組.晉濟高速山西晉城段巖后隧道“3·1”事故調查報告[R].2014.

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

[4] 吳德興.國內外公路隧道火災排煙設計理念比較[J].公路交通技術，2008(5):32-37.

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

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

[7] JTG D70/2—2014，公路隧道設計規范[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

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