城市過江隧道火災(zāi)疏散救援對(duì)策研究

20世紀(jì)60年代，上海第一座出租車通過河流隧道開始運(yùn)營(yíng)。目前，上海公共安全線路沿岳江隧道、大連街至延安東路岳江隧道、杭州慶春街岳江隧道、浙江省濱江航道和連接線工程橫道隧道和廈門東南航道（翔安）橫道隧道均已開通。城市橫江隧道作為改善城市環(huán)境、緩解城市交通的有效措施，已投入運(yùn)營(yíng)。但由于城市過江隧道幾何形狀、內(nèi)部環(huán)境和使用功能的特殊性,在火災(zāi)原因、發(fā)生頻率和危害性等方面都與普通建筑有較大的區(qū)別。因此,如何科學(xué)、合理、有效地進(jìn)行城市過江隧道的火災(zāi)疏散救援設(shè)計(jì),已經(jīng)成為非常重要的課題。1火災(zāi)類型的類型城市過江隧道火災(zāi)主要包括隧道和汽車的電氣火災(zāi)、汽車機(jī)械事故火災(zāi)、車輛交通事故火災(zāi)、車輛可燃貨物火災(zāi)等類型。由于受到地下封閉環(huán)境的制約,其火災(zāi)特點(diǎn)主要有:1.1隧道空氣不足火災(zāi)時(shí)發(fā)煙量主要與可燃物的物理、化學(xué)特性,燃燒狀態(tài)和供氣程度有關(guān)。城市過江隧道由于內(nèi)部空間較小,基本處于密閉狀態(tài),火災(zāi)發(fā)生時(shí)隧道中空氣不足,多產(chǎn)生不完全燃燒,發(fā)煙量一般較大,而且產(chǎn)生的熱煙難以擴(kuò)散,導(dǎo)致城市隧道火災(zāi)初期升溫迅速,并產(chǎn)生較強(qiáng)的熱沖擊。在德國(guó)研究機(jī)構(gòu)模擬小汽車引發(fā)的可燃液體火災(zāi)得到的RABT曲線中,在5min內(nèi)溫度快速升高到1200℃,并在1200℃處持續(xù)90min。1.2安全疏散檢測(cè)城市過江隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)主要依靠事故照明和疏散指示標(biāo)志來保證安全疏散?；馂?zāi)時(shí)產(chǎn)生的大量煙氣使能見度急劇下降,加之隧道橫斷面小,道路狹長(zhǎng),不僅人員難以疏散,而且由于阻塞車輛的影響,物資疏散也極其困難。1.3隧道基礎(chǔ)設(shè)施破壞由于城市過江隧道空間相對(duì)封閉,發(fā)生火災(zāi)后溫度高達(dá)1000℃以上,短時(shí)間內(nèi)隧道基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p壞,隧道拱頂隨時(shí)有坍塌的危險(xiǎn)。同時(shí),在濃煙、有毒氣體和狹窄通道的阻礙下,大型消防設(shè)備及滅火人員難以接近火源,加之隧道內(nèi)通訊設(shè)備的干擾較大,使撲救人員與地面指揮通訊聯(lián)系不便,這些都給滅火救援增添了巨大難度。2城市河流隧道的火災(zāi)擴(kuò)散救援措施筆者結(jié)合長(zhǎng)江南京段上游過江隧道工程實(shí)例,通過設(shè)置不同火災(zāi)場(chǎng)景,根據(jù)隧道內(nèi)煙氣流動(dòng)模擬分析結(jié)果,對(duì)城市過江隧道火災(zāi)疏散救援進(jìn)行探討。2.1隧道形制及盾構(gòu)段設(shè)置長(zhǎng)江南京段上游過江隧道是《南京城市總體規(guī)劃》確定的一條重要的城市過江快速通道,連接浦口及梅子洲,為雙管盾構(gòu)隧道,隧道總長(zhǎng)度約4332m,其中盾構(gòu)段長(zhǎng)度約2992m,盾構(gòu)直徑約14.93m。隧道按照行駛方向不同分為東、西線兩部分,在明挖段(包括敞開段、暗埋段和工作井)隧道由結(jié)構(gòu)分開,盾構(gòu)段則分為兩座圓形隧道。隧道東西線斷面圖如圖1所示。2.2不同火災(zāi)場(chǎng)景的分析2.2.1內(nèi)部材料車輛內(nèi)長(zhǎng)江南京段上游過江隧道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙孔單向六車道高速公路,主要通行小型載客車輛,限制載有大量可燃物的車輛(如油罐車、工業(yè)和化學(xué)品車輛等)進(jìn)入,設(shè)計(jì)車速為80km/h。因此,隧道火災(zāi)多源于車輛本身缺陷引起的自燃或車禍等災(zāi)難,而火災(zāi)中可燃物質(zhì)也多數(shù)為車輛的內(nèi)部材料,包括汽車座墊、輪胎、內(nèi)部裝潢塑料和汽油等,發(fā)生大型火災(zāi)的概率很小。根據(jù)以上條件,南京過江隧道內(nèi)的火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置如表1所示。2.2.2最大火災(zāi)熱釋放速率根據(jù)長(zhǎng)江南京段上游過江隧道通行車輛的種類,結(jié)合PIARC對(duì)隧道火災(zāi)的最大火災(zāi)熱釋放速率研究報(bào)告和隧道火災(zāi)的時(shí)間—溫度曲線適用的交通工具類型,在南京過江隧道在火災(zāi)分析模擬中,火災(zāi)熱釋放速率設(shè)定為20MW,火災(zāi)的時(shí)間—溫度曲線選用德國(guó)的RABT曲線。2.2.3火災(zāi)場(chǎng)景下隧道內(nèi)溫度和張拉力分布利用CFD方法和FDS4.0及PHOENICS3.5模擬軟件,針對(duì)上述設(shè)置的不同火災(zāi)場(chǎng)景模擬隧道內(nèi)溫度和能見度(起火后30min內(nèi)火源附近的溫度分布和能見度分布如圖2～9所示),以分析隧道內(nèi)車輛之間的火災(zāi)蔓延和煙氣流動(dòng)規(guī)律,從而為設(shè)置疏散救援措施在火災(zāi)條件下的有效性、合理性提供可靠的依據(jù)。(1)隧道中心火災(zāi)火災(zāi)場(chǎng)景1(2)隧道段火災(zāi)火災(zāi)場(chǎng)景2(3)隧道出口處火災(zāi)火災(zāi)場(chǎng)景3(4)火災(zāi)情況下煙氣的高溫危害性由此可見,隧道中部發(fā)生火災(zāi)后,在流速為3m/s的縱向通風(fēng)條件下,煙氣向火區(qū)上游蔓延距離非常短,起火后30min內(nèi)不超過30m。通風(fēng)帶來了大量的冷空氣,這些冷空氣與煙氣混合時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行了冷卻。因此,隧道內(nèi)的平均溫度較低,200℃以上的溫度線僅在有火焰的區(qū)域出現(xiàn)。隧道入口段發(fā)生火災(zāi)后,煙氣向火區(qū)上游蔓延不明顯,煙氣的高溫危害僅在火區(qū)附近存在。起火后7min內(nèi),能見度小于10m的區(qū)域也僅在火區(qū)附近存在;7min后,隧道內(nèi)能見度迅速降低,能見度10m的煙氣前鋒以約2.4m/s的速度向火源下游推進(jìn)。隧道出口段發(fā)生火災(zāi)后,煙氣向火區(qū)上游蔓延不明顯。煙氣的高溫危害僅在火區(qū)下游附近存在。著火1min后,隧道下游能見度迅速降低。由于起火地點(diǎn)靠近隧道出口,在通風(fēng)的作用下,煙氣不到4min就充滿了由起火地點(diǎn)至隧道出口的路段。隧道中部發(fā)生火災(zāi)后,由于通風(fēng)系統(tǒng)失效,隧道內(nèi)煙氣向火源兩端蔓延的速度大致相當(dāng)。由于火源后方隧道的坡度小于前方,煙氣向火源后方蔓延的速度稍小于向火源前方蔓延的速度?；鹪瓷喜康臒煔鉁囟冗_(dá)到700℃以上。隧道內(nèi)能見度10m前鋒的蔓延速度隨火災(zāi)的發(fā)展?jié)u緩。2.3單一通道和橫向疏散救援在綜合國(guó)際國(guó)內(nèi)水底隧道疏散通道成功案例、長(zhǎng)江南京段上游復(fù)雜的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及隧道內(nèi)煙氣流動(dòng)模擬分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,長(zhǎng)江南京段上游過江隧道盾構(gòu)段利用盾構(gòu)隧道下層空間設(shè)置專用通道,采用縱向防災(zāi)疏散救援方式;在江南、江北兩端工作井之間設(shè)置橫向聯(lián)絡(luò)通道,采用橫向疏散救援方式。通過設(shè)置合理的疏散救援通道、選擇安全的疏散救援路徑和設(shè)置有效的隧道火災(zāi)通風(fēng)模式保證人員和車輛安全疏散。2.3.1疏散程序疏散救援通道主要由人員疏散通道、車行疏散通道和消防救援通道三部分組成,分別為火災(zāi)時(shí)司乘人員、車輛和消防救援人員使用,具體設(shè)置為:(1)人員疏散通道。在車輛前進(jìn)方向的左側(cè)采用80m間隔布置疏散滑道,位于路面橫坡的高端以避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的漏油以及消防廢水從疏散滑道流入隧道下方的服務(wù)層,引起次生火災(zāi)。疏散口寬0.78m,設(shè)有聲光指示設(shè)施,口部蓋板為鋼制,可以承受城-A級(jí)道路荷載,以確保平時(shí)行車安全。蓋板的打開及關(guān)閉由控制中心進(jìn)行監(jiān)視,根據(jù)火災(zāi)情況按照火災(zāi)疏散程序采用現(xiàn)場(chǎng)就地電動(dòng)或手動(dòng)控制。玻璃鋼制造的滑道寬0.7m,呈空間弧形延伸到隧道服務(wù)層中部的縱向疏散通道。下部服務(wù)層縱向疏散通道寬1.6m,高2.75m,延盾構(gòu)隧道段通長(zhǎng)設(shè)置,坡度與隧道設(shè)計(jì)坡度一致,最大坡度4.5%。疏散通道兩端與盾構(gòu)工作井連接,通過盾構(gòu)工作井內(nèi)部的樓梯到達(dá)地面。盾構(gòu)段疏散滑道與縱向疏散通道的布置,見圖10所示。明挖暗埋隧道段為雙孔帶廊道的矩形框架結(jié)構(gòu),橫斷面布置見圖11所示。發(fā)生火災(zāi)時(shí)左右線兩孔隧道互為疏散通道。因此,在中間廊道的中隔墻上每隔60m設(shè)置一處兩個(gè)甲級(jí)防火門,連接左右線隧道。(2)車行疏散通道。在浦口、梅子洲兩個(gè)盾構(gòu)工作井的行車道層,分別設(shè)置一處連接左右線隧道的車行橫通道,可使發(fā)生火災(zāi)的明挖暗埋隧道內(nèi)的車輛通過設(shè)置在工作井內(nèi)的車行橫通道進(jìn)入無災(zāi)害的另一個(gè)隧道,快速疏散。工作井內(nèi)車行橫通道布置,見圖12所示。(3)消防救援通道。明挖暗埋段通過設(shè)置在中隔墻的防火門(每隔100m一處)作為救援通道。救援人員通過無火災(zāi)的隧道經(jīng)防火門進(jìn)入火災(zāi)隧道。盾構(gòu)段在車行道層左側(cè)每隔320m設(shè)置一處從服務(wù)層至車行道層救援爬梯。爬梯寬0.7m,與疏散滑道間隔布置,即每間隔三個(gè)疏散滑道設(shè)置一處救援爬梯。爬梯蓋板同樣考慮城-A級(jí)荷載的要求,但蓋板的開啟只設(shè)置就地控制由救援人員從服務(wù)層開啟,以免使疏散人員誤進(jìn)入救援爬梯,造成不必要的傷害。服務(wù)層中部疏散通道的右側(cè)設(shè)置盾構(gòu)段通長(zhǎng)的檢修救援通道,通道寬2.4m,高3.2m,供電瓶車行駛。平時(shí)作為隧道用檢修通道,火災(zāi)時(shí)作為輸送救援人員的救援通道。電瓶車共設(shè)置4臺(tái),兩端盾構(gòu)工作井內(nèi)各2臺(tái)。救援通道與工作井連接。2.3.2應(yīng)采用的救援路徑根據(jù)對(duì)設(shè)置不同火災(zāi)場(chǎng)景的煙氣流動(dòng)和火災(zāi)蔓延規(guī)律的分析結(jié)果,長(zhǎng)江南京段上游過江隧道設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)起火地點(diǎn)的不同,確定相應(yīng)的人員、車輛疏散路徑和消防救援路徑。表2為疏散救援路徑選擇。2.3.3火災(zāi)通風(fēng)模