某大型多匝道水下立交型沉管隧道火災人員疏散安全性分析

廖榮

中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300123

引言

隨著我國城市的快速發展，交通功能更優的互通立交逐漸成為一江兩岸過江通道接線形式的首選，為滿足城市路網功能需求，城市隧道與城市多條主干線連接，多出入口、互通立交成為城市隧道主要特點。由于隧道結構形式復雜化造成通風網絡復雜，火災時煙流控制復雜，且受多匝道影響，人員疏散路徑也多樣化。對人員疏散安全性，需進行深入分析。

1 工程概況

本文以南昌某大型多匝道水下立交型沉管隧道為工程背景，隧道全長2650m，雙向六車道，設置全縱向通風排煙系統，在隧道西岸明挖暗埋段及沉管段每100m設置一處疏散橫通道，在東部匝道交匯處設置疏散大廳，在N1和S1匝道間設置聯絡橫通道，在H匝道和C匝道間設置一處聯絡橫通道，在C匝道設有一處疏散樓梯間，在H匝道設置一處消防樓梯[1]。

圖1 工程概況平面圖

2 火災模式下隧道人員疏散安全性評估

2.1 可用安全疏散時間計算

基于FDS隧道火災發展計算模型，運用數值計算方法對火災發展和煙氣流動狀況進行模擬，并最終確定火災環境中各項參數達到以下設定極限值的時間：2m高度處的溫度（℃）極限值為＜65℃，本文采用60℃；2m高度處的能見度極限值＞5m，本文采用10m；2m高度處的一氧化碳濃度極限值＜1000ppm，本文采用500ppm。

根據火源位于不同坡度、與疏散口的相對位置及與匝道的相對位置來設定共11個火災場景，模擬分析在多因素耦合作用下煙氣蔓延特性、溫度場、CO濃度場、能見度場分布規律，以火災發生在匝道四線分岔口為例，對其可用安全疏散時間計算進行分析，以下為隧道及疏散口曲線分布圖：

圖2 S1E匝道2m高處溫度分布

圖3 S1E匝道2m高處能見度分布

圖4 S1E匝道2m高處CO濃度分布

圖5 S1E匝道疏散門洞2m高處溫度分布

圖6 SE匝道疏散門洞2m高處能見度分布

圖7 SE匝道疏散門洞2m高處CO濃度分布

20MW火災發生在S1D匝道四線分岔口6%坡度通道中部時，在合理煙控方案下，分析隧道內的2m高度溫度、能見度、CO濃度和疏散口的溫度、能見度，可以得出：①由S1E雙線匝道單線溫度圖可以看出，火源正上方2m高處最高溫度達400℃左右，該高溫區主要集中在火源下游距火源10m范圍內，火源上游受高溫煙氣的影響溫度發生變化，但未達到臨界危險值。②由S1E雙線匝道單線能見度圖可以看出，火源上游無煙氣回流，能見度有變化但未達到臨界危險值。③由S1E雙線匝道CO濃度分布曲線圖可知，CO濃度遠小于臨界危險值。④從疏散口的能見度和溫度分布圖可以看出，火源上游疏散口的溫度、能見度在模擬時間內，均未達到臨界危險值。因此，在合理煙控方案下，坡度為6%四線分岔口可用安全疏散時間不低于1800s。

2.2 必須安全疏散時間計算

本項目工程中，主要疏散方式有以下三種：①西岸明挖暗埋段及沉管段，主過兩條隧道間的疏散橫通道進行疏散；②沉管段與東部匝道交匯處通過疏散大廳疏散；③東部匝道部分通過聯絡橫通道及疏散樓梯疏散。

綜合考慮工程特性及人員安全疏散參數等因素，建立隧道各疏散場景的PathFinder模型，通過對各火災場景下人員疏散過程的仿真模擬，得到各場景的疏散過程及人員疏散行走時間，將模擬計算得疏散行走時間同時加上報警時間及響應時間，最后得到各場景下的必須安全疏散時間，依次為：場景一：351s,場景二：541s，場景三：462s，場景四：476s，場景五：690s，場景六：709s，場景七：682s，場景八：955s，場景九：603s，場景十：522s，場景十一：480s。

2.3 人員疏散安全性判定

對本工程設置的11個火災場景進行數值模擬分析后計算出的可用安全疏散時間（ASET）和必須安全疏散時間（REST）數值對比分析，對隧道人員疏散安全性進行判定：

圖8 隧道人員疏散安全判定

由圖可知：隧道內各個火災場景下的可用安全疏散時間均大于必須安全疏散時間，隧道火災模式下的人員疏散較為安全[2]。

3 結束語

本文以南昌某大型多匝道水下立交型沉管隧道為研究對象，建立物理模型系統，通過理論及模擬計算，對可用安全疏散時間及必須安全疏散時間進行對比分析，對隧道人員的疏散安全性進行了評估判斷，并得出以下結論：

（1）在根據工程特點設置11個火災場景中，在隧道內機械通風排煙設施有效情況下，合理的控制縱向風速，能保證隧道內的人員在危險來臨之前達到安全區域，因此，隧道內消防設施的合理設置及控制對人員疏散起著非常重要的作用。

（2）在實際疏散中，人員對建筑物的熟悉程度以及消防安全疏散指示設置情況會影響疏散效率，所以定期組織隧道火災疏散安全教育，優化隧道內安全疏散指示標志非常有必要。