隧道的消防安全工程設(shè)計(jì)

1、隧道的消防安全工程設(shè)計(jì)隧道是一種與外界直接連通口有限的相對封閉的空間。隧道內(nèi)有限的逃生條件和熱煙排除出口使得隧道火災(zāi)具有燃燒后周圍溫度升高較快、持續(xù)時(shí)間長、著火范圍往往較大、消防撲救與進(jìn)入困難等特點(diǎn)，增加了疏散和救援人員的生命危險(xiǎn)，隧道襯砌和結(jié)構(gòu)也受到破壞，其直接損失和間接損失巨大。因此，隧道設(shè)計(jì)中必須考慮其火災(zāi)防護(hù)措施。 隧道內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)主要有客車的行李、危險(xiǎn)貨物以及車輛和隧道本身。 隧道的消防安全控制目標(biāo)主要有：提供可能的疏散設(shè)施，減少人員傷亡；方便救援和滅火行動；避免隧道內(nèi)混凝土內(nèi)襯爆裂和通過對隧道結(jié)構(gòu)、設(shè)備的防護(hù)，減小隧道修復(fù)和因隧道中斷所造成的損失。 在公路隧道防火設(shè)計(jì)中主要應(yīng)考慮結(jié)

2、構(gòu)耐火和防坍塌，降低隧道內(nèi)的材料的燃燒性能，設(shè)置火災(zāi)探測與報(bào)警、監(jiān)控信號系統(tǒng)，規(guī)劃與設(shè)置分隔、救援、疏散和避難應(yīng)急系統(tǒng)以及煙氣控制系統(tǒng)等。 4.1 隧道的結(jié)構(gòu)保護(hù) 隧道內(nèi)的火災(zāi)往往持續(xù)時(shí)間較長，如mont blane隧道火災(zāi)持續(xù)55h, 36輛車被卷入火災(zāi)。研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)表面受熱后，會產(chǎn)生爆裂現(xiàn)象，且在混凝土底層冷卻之后，還將會出現(xiàn)深裂紋。結(jié)構(gòu)的荷載壓力和混凝土含水率（包括物理水含量和分子結(jié)合水）越高，產(chǎn)生爆裂的可能性越大，即使在混凝土配料中加入聚丙烯纖維也不會有明顯改善。未經(jīng)保護(hù)的混凝土，如果其質(zhì)量含水率超過3%，在遇到高溫或火焰作用后530min，內(nèi)就會產(chǎn)生爆裂，深度甚至可達(dá)4050

3、mm。這是造成隧道跨塌的主要原因。一般在150200時(shí)，混凝土表面開始爆裂。隧道構(gòu)造形式有圓形、矩形或拱形。矩形結(jié)構(gòu)的失效通常是由于混凝土或其增強(qiáng)鋼筋的溫度升高而導(dǎo)致過早產(chǎn)生下垂塑性彎矩，矩形隧道較圓形隧道所受壓力荷載較小，產(chǎn)生爆裂情況較輕。圓形隧道的增強(qiáng)鋼筋在下垂彎矩下不承受張力，只承受壓力荷載。盾構(gòu)式的圓形隧道通常采用等級為c50的高標(biāo)號混凝土，在火災(zāi)中爆裂的可能性和深度都較高。 混凝土發(fā)生爆裂后，不僅直接威脅救援與逃生，還會使增強(qiáng)鋼筋直接暴露在火災(zāi)中，減少承載結(jié)構(gòu)的橫截面面積。因此，隧道結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其內(nèi)部可能達(dá)到的最高溫度、升溫特性以及結(jié)構(gòu)體的火災(zāi)行為，確定相適應(yīng)的設(shè)定火災(zāi)規(guī)模與時(shí)

4、間= 溫度曲線，能保證隧道結(jié)構(gòu)在所規(guī)定類型火災(zāi)條件下的完整性與穩(wěn)定性。 隧道結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)一般可采用在混凝土中添加聚丙烯纖維或在混凝土內(nèi)襯下安裝防火絕熱保護(hù)層，或者在隧道內(nèi)安裝自動噴水滅火系統(tǒng)。 4.2 通風(fēng)及防排煙 根據(jù)隧道火災(zāi)事故分析，由一氧化碳導(dǎo)致的死亡約占總數(shù)的50%，因直接燒傷、爆炸力及其他有毒氣體引起死亡的約50%。通常，采用通風(fēng)、防排煙措施控制煙氣產(chǎn)物及運(yùn)動可以改善火災(zāi)環(huán)境，并降低火場溫度以及熱煙氣和火災(zāi)熱分解產(chǎn)物的濃度、改善視線。但是，機(jī)械通風(fēng)會通過不同途徑對不同類型和規(guī)模的火災(zāi)產(chǎn)生影響，在某些情況下反而會加劇火災(zāi)發(fā)展和蔓延。實(shí)驗(yàn)表明：在低速通風(fēng)時(shí)，對小轎車火災(zāi)的影響不大；可以

5、降低小型油池火災(zāi)（10m2）的熱釋放速率，而加強(qiáng)通風(fēng)控制的大型油池火災(zāi)（100m2）；在縱向機(jī)械通風(fēng)下，載重貨車的火災(zāi)增長率可以達(dá)到自然通風(fēng)的十倍。 隧道通風(fēng)主要有自然、橫向、半橫向和縱向通風(fēng)四種方式。短隧道可以利用隧道內(nèi)的“活塞風(fēng)”采取縱向通風(fēng)，長隧道則需采用橫向和半橫向通風(fēng)。隧道內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)在火災(zāi)中要起到排煙的作用，其通風(fēng)管道和排煙設(shè)備必須具備一定的耐火性能。 對于隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)，一般需要針對特定隧道的特性參數(shù)（如長度、橫截面、分級、主導(dǎo)風(fēng)、交通流向與流量、貨物類型、設(shè)定火災(zāi)參數(shù)等）通過工程分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由多種場模型或區(qū)域模型對隧道內(nèi)的煙氣運(yùn)動進(jìn)行計(jì)算模擬，如fasit、jasmin等

6、。 目前有關(guān)隧道通風(fēng)排煙的研究大多集中在其對煙氣流動的影響，缺乏通風(fēng)對火災(zāi)自身的影響的研究。 4.3 安全疏散與避難設(shè)施 人員在隧道內(nèi)的正常疏散速度為1.5m/s，但在有煙氣的情況下可能只有1m/s。一般人的極限輻射熱耐受值為22.5kw/m2，消防人員在帶有空氣呼吸裝置時(shí)的耐受極限為30min，5kw/m2。一般，160的煙氣層的輻射熱為2kw/m2，270的煙氣層的輻射熱為5kw/m2。人員在疏散時(shí)的最高空氣溫度不應(yīng)超過80，在此溫度下的耐受時(shí)間約為15min。 避難設(shè)施不僅可為逃生人員提供保護(hù)，還可用于消防隊(duì)員暫時(shí)逃避煙霧和熱氣的場所。在中、長隧道設(shè)計(jì)中，必須考慮人員安全避難所的設(shè)置，考

7、慮通道的布置、隔間及空間的分配以及相應(yīng)的輔助設(shè)施的需要。有些火災(zāi)表明，火災(zāi)時(shí)有些人雖已進(jìn)入安全避難所，但由于熱和煙氣的泄漏，最終還是導(dǎo)致了死亡。因此，安全避難所的最低耐火極限除應(yīng)與隧道結(jié)構(gòu)的耐火極限一致，還應(yīng)能夠隔絕高熱和阻止煙氣進(jìn)入，通常應(yīng)考慮在這些區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的送風(fēng)系統(tǒng)。此外，在隧道內(nèi)的疏散口位置以及疏散門的形式非常重要。盡管側(cè)開、平開或?qū)﹂_門可以提供大小合適的開口以便人或機(jī)動車輛的通行，但進(jìn)入疏散通道或避難所的門應(yīng)采用能自動關(guān)閉的常閉防火門。防火門的耐火極限應(yīng)與相應(yīng)結(jié)構(gòu)的耐火極限一致，并具有良好的防煙、絕熱性能。 4.4 自動噴水滅火系統(tǒng) 自動噴水滅火系統(tǒng)是建筑物內(nèi)應(yīng)用最廣泛的一種滅火設(shè)

8、施。但從現(xiàn)有試驗(yàn)和使用情況看，目前在公路交通隧道內(nèi)應(yīng)用自動噴水滅火系統(tǒng)及其有效性仍存在很大爭議。一般，交通隧道內(nèi)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)充分考慮以下情況： （1）隧道內(nèi)的火災(zāi)通常發(fā)生在車輛的下部、車廂里或車輛的發(fā)動機(jī)部分，安裝在隧道上部的噴頭往往達(dá)不到滅火效果。 （2）從火災(zāi)引燃到噴頭動作之間有一段延遲時(shí)間，隧道內(nèi)快速增長的火災(zāi)使噴灑的細(xì)小水滴汽化而產(chǎn)生大量高溫蒸汽，不但難將火災(zāi)撲滅反而會增加對逃生人員的危害性。 （3）隧道內(nèi)部狹長，車輛行使形成的活塞風(fēng)使熱量和燃燒產(chǎn)物會沿著隧道快速蔓延，僅啟動起火點(diǎn)上方的噴頭往往不起作用。 （4）滅火系統(tǒng)動作后產(chǎn)生的冷卻作用往往使沿隧道頂棚的熱煙氣層降低并破壞

9、煙氣分層。待添加的隱藏文字內(nèi)容3 （5）系統(tǒng)中噴出的水會使路面變得濕滑、危險(xiǎn)，并可能導(dǎo)致可燃液體火災(zāi)進(jìn)一步擴(kuò)大。 （6）水源及相應(yīng)排水系統(tǒng)、泵站，系統(tǒng)維護(hù)、電力保障等。 根據(jù)世界道路協(xié)會（plarc）的有關(guān)報(bào)告，大多數(shù)國家認(rèn)為絕大多數(shù)隧道火災(zāi)發(fā)生于油箱和車廂內(nèi)，自動噴水滅火系統(tǒng)作用不大。因此，在歐洲，自動噴水滅火系統(tǒng)僅用于特殊的目的。例如挪威有兩條隧道中安裝的自動噴水滅火系統(tǒng)是為了保護(hù)添加了聚亞氨酯的隧道內(nèi)襯。比利時(shí)、丹麥、法國、意大利、荷蘭和英國的隧道則從不安裝自動噴水滅火系統(tǒng)。在日本，只有10km以上的長隧道和3km以上且通行載重貨車的短隧道要求安裝自動噴水滅火系統(tǒng)。在美國，只有幾條允許裝

10、載危險(xiǎn)品的車輛通行的隧道安裝了自動噴水滅火系統(tǒng)。nfpa502也建議僅當(dāng)車輛運(yùn)輸危險(xiǎn)貨物時(shí)，才考慮采用水成膜泡沫雨淋系統(tǒng)。 4.5 其他消防設(shè)施 隧道中的其他消防安全設(shè)施主要包括：應(yīng)急照明與信號系統(tǒng)、監(jiān)控與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、通訊設(shè)施、消防栓、消防泵及滅火器等。 設(shè)計(jì)中是否采取某種系統(tǒng)以及采用何種類型的系統(tǒng)應(yīng)視特定隧道的具體情況而定。例如，在選擇自動報(bào)警系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到感煙探頭雖然比感溫探頭反應(yīng)快，但由于隧道內(nèi)車輛尾氣排放影響，誤報(bào)的可能性也較大。在奧地利，長度超過1500m的汽車隧道和流量高的隧道均設(shè)置了火災(zāi)探測器。瑞士、瑞典和日本也根據(jù)隧道情況要求設(shè)置火災(zāi)探測器。其他國家一般只在一些特殊的隧道內(nèi)安裝。 在設(shè)計(jì)信