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基于運營安全性的沉管隧道火災場景設計

文檔作者：楊秀軍顏靜儀顧思思文檔來源：交通運輸部公路科學研究院		點擊數：	更新時間： 2021年09月23日
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公路隧道
2013年第3期(總第83期)
基于運營安全性的沉管隧道火災場景設計
楊秀軍顏靜儀顧思思
(交通運輸部公路科學研究院,北京交科公路勘察設計研究院北京100191)
摘要隧道火災場景設計是指導沉管隧道安全設計的基礎,對隧道運營安全性具有重要意義。本文結合沉管
隧道的特點,從火災誘發(fā)因素、火災設計當量溫升與時間曲線、排煙量、設備耐火性能、火災干預措施等進行論述
本文有助于設計及科研人員更好地了解沉管隧道火災場景設計的基本思路和選取方法。
關鍵詞沉管隧道火災場景運營安全性
1概述[12]
義。目前,國內在進行隧道安全設計時,缺少火災
場景設計,容易造成隧道安全性不足或安全設備太
近年來,沉管隧道(見圖1)在國內外得到越來過浪費本文結合沉管隧道基本特點,從火災場景
越廣泛的應用。基于沉管隧道地處水下及特殊結設計主要目的、火災場景基礎資料收集、火災誘發(fā)
構構造,對火災工況下運營安全提出了更高的要因素分析、火災設計當量選取、溫升與時間曲線、排
求。隧道火災場景是隧道安全設計的基礎,對隧道煙量計算、設備耐火性能、火災干預措施等對沉管
通風系統(tǒng)設計逃生通道設計結構防火設計設備隧道火災場景設計展開論述。
耐火性能設計以及隧道的修復和維護都有重要意
圖1沉管隧道典型橫斷面圖
2沉管隧道火災設計主要目的[3
(4)隧道火災應急裝備的安全性。隧道內溫度
場、煙霧蔓延長度是隧道火災工況下應急設備主要
參考國內外火災相關研究報告和技術規(guī)范,沉指標選取的依據。
管隧道火災場景設計主要有以下目的:
(5)消防培訓與演練。
(1)隧道通風系統(tǒng)設計與評估?；馂脑O計當
(6)隧道主體結構災后修復及維護。
量、排煙量是進行隧道緊急通風系統(tǒng)設計的主要參
考指標,也是火災工況下主要排煙設備的參數選取3隧道火災場景設計基礎資料收集
的主要依據。沉管隧道一般設置重點排煙系統(tǒng),排
為了對隧道火災場景有一個客觀的評價,建議
煙量是進行排煙系統(tǒng)設計的基礎,對隧道結構影響收集以下基本資料作為火災場景設計的基礎:隧道
較大。
等級及隧道類型、隧道長度、隧道通行方式、隧道車
(2)隧道內人員疏散安全性評估。隧道內人員輛通行數據、隧道運輸貨物性質
在火災工況下能否安全疏散取決于火災規(guī)模大小、
另外,有些資料如隧道通風排煙方案、隧道消
疏散設施以及緊急通風和滅火設施,這些都是火災防方案等與隧道火災場景設計是一個交互的過程,
場景設計的主要內容。
有時需要進行綜合評價才能最終確定。
(3)隧道主體結構火災工況下安全性。設計火
災當量和確定溫升時間曲線是隧道主體結構進行4隧道火災主要誘發(fā)因素3
結構防火設計的基礎。考慮到沉管隧道對結構安
根據 PIARC技術文件及以往事故調查分析,
全性要求較高該指標具有重要意義。
隧道火災基本都與隧道通行車輛有關,主要因素如
37
公路隧道
2013年第3期(總第83期)
下:交通事故、車輛自燃、隧道內設備引發(fā)火災、剎重型貨車通行的隧道火災規(guī)模為20~200MW其
車過熱等。
中,NFPA502在2004年版中推薦的火災規(guī)模為20
根據對最近發(fā)生的幾起主要事故進行分析,隧~30mw,在采用相關實驗數據后,2008年版以后
道火災主要是由于交通事故引起的。
推薦的火災規(guī)模為70~200M
水下隧道一般嚴禁危險品車輛通行,在確定交
根據國際道路協(xié)會 PIARC《Smoke Control in
通事故火災誘發(fā)場景時需考慮隧道內車輛類型。 Road Tunnels》在總結挪威、荷蘭和法國最新研究成
評估火災發(fā)生時除單車發(fā)生火災外,主要有以下幾果后,給出不同車型發(fā)生火災工況下火災設計當量
種車輛火災狀況:2~3輛小客車相撞、1輛小客車如下:
與1輛大巴相撞、1輛小客車與1輛大貨車相撞、1
1輛小客車
2.5Mw
輛大巴和1輛大貨車相撞、2輛大貨車相撞等。
1輛大客車
 5 MW
5隧道火災設計當量4
2~3輛小客車
 8 MW
1輛面包車
 15 MW
隧道火災設計當量是隧道火災場景設計的基
1輛公共汽車
 20MW
礎。隧道火災設計當量與設計等級(高速公路、一
1輛載有可燃物的貨車(一般情況)0~30MW
級公路等)隧道類型(山嶺隧道城市隧道水下隧5.3溫升與時間曲線
道)、通行方式(雙洞單向交通、單洞雙向交通)、車
目前,國內外較為普遍的火災溫度與時間關系
輛類型(大車比例等)、運輸貨物性質(是否允許危曲線主要有ISO曲線、碳氫曲線、Rws曲線、rabT
險物車輛駛入)滅火設施配置泡沫水噴霧滅火系曲線。國內主要采用《建筑設計防火規(guī)范》(GB
統(tǒng)、高壓細水霧系統(tǒng)等)等因素有關。
500162006)給出了城市隧道溫升曲線(見圖2)
在火災誘發(fā)原因和可能的火災類型確定之后,主體結構設計需要根據溫度曲線考慮最高溫度及
考慮到造價等原因可根據隧道內火災壓制措施(泡耐火時間,同時,需要考慮次要結構如排煙道的耐
沫水噴霧滅火系統(tǒng)等)對火災設計當量進行修正?；鹦阅?。
5.1國內隧道火災設計當量選取
1400
我國尚未有相關規(guī)范直接給出隧道火災規(guī)模,在
《公路隧道通風照明設計規(guī)范》JTJ026.11999)條文
1200810781080
1080
說明中提及了除油罐車火災外的一般隧道火災功00
10
率按20MW考慮。目前,建成的隧道中大部分采800
用50MW進行設計
600
正在修訂的《公路隧道通風設計細則》給出了400
不同隧道長度、不同通行方式、不同公路等級火災200
設計當量。
1020040
正在編寫的《公路隧道消防技術規(guī)范》對不同
0102030405060708090100110120140
時間/min
類型隧道、不同通行方式、不同公路等級情況下隧
道火災設計當量進行了探討。
圖2溫升與時間變化曲線
5.2國外隧道火災設計當量選取
5.4國內外典型隧道工程實例
世界各國采用的隧道火災規(guī)模差異較大,考慮
國內外典型隧道火災設計當量見表1
表1國內外部分水下隧道采用的火災標準
火災熱釋
隧道名稱
隧道特性
放率/MW
滅火系統(tǒng)
上海長江隧道50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等8.95km,雙向6車道盾構隧道,設計時速80km/h
南京長江隧道50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等6.04km,雙向6車道盾構隧道,設計時速80km/h
武漢長江隧道50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等3.63km,雙向4車道盾構隧道,設計時速50km/h
38
楊秀軍等基于運營安全性的沉管隧道火災場景設計
續(xù)表
火災熱釋
隧道名稱
滅火系統(tǒng)
放率/MW
隧道特性
廈門翔安
20泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等
8.695km,雙向6車道,兩行車主洞加服務通道,設
海底隧道
計時速80km/h
青島膠州灣海底隧道20固定水成膜泡沫滅火、消火栓等7.8km,雙向6車道,兩行車主洞加服務通道,設計
時速80km/h
錢江隧道
50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等4.45km,雙向6車道盾構隧道,設計時速100km/h
東京灣海底隧道50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等9.5km,雙向4車道盾構隧道,設計時速80km/h
港珠澳大橋沉管隧道50泡沫水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)、消火栓等6.25km,雙向6車道沉管隧道,設計時速120km/h
6隧道排煙量計算[6,89
m=0.016(2Q)z
符號意義同上。
火災工況下為保證人員疏散安全性,需要有效6.2國外排煙量計算方法
地排出火災產生的煙霧。沉管隧道一般采用重點
國外對隧道排煙進行了較為系統(tǒng)的研究,對不
排煙系統(tǒng)(見圖3),為達到火災工況下控制隧道內同類型隧道排煙量給出了推薦值。美國NFPA502
煙霧擴散的目的,需要確定合適的排煙量。下面將給出了不同類型隧道火災的排煙量推薦值,見表2。
分別介紹國內外關于隧道排煙量的計算方法。
表2美國隧道通風需求(NFPA502,2004)
火源類型火災當量/MW排煙量/(m3·s-1)
小客車
5
20
巴士
20
60
油罐車
100
100~200
圖3隧道重點排煙系統(tǒng)示意圖
另外,奧地利等國家也對不同通風類型隧道的
6.1國內排煙量計算方法
排煙量進行了闡述。
依據《建筑防排煙技術規(guī)程》(DGJ08-88
2006),隧道排煙量的理論計算值可采用軸對稱型7設備在火災工況下的安全性34
煙羽流的煙氣生成量與墻端煙羽流的煙氣生成量。
設備在火災工況下的安全性有兩層含義:
(1)軸對稱型煙羽流模型
(1)排煙設備,如排煙風機(軸流風機、射流風
0.032Q
z≤z
機)、電動排煙口等設備需要在火災工況下人員疏
M0.071Q+0.0018>1
散及滅火階段正常運行。根據《公路隧道通風照明
式中M羽流質量流量,kg/s;
設計規(guī)范》(JTJ026.1-1999)射流風機需要在250
Q火源的對流熱釋放速率,kW;
℃下正常工作1h。在一些要求較高的隧道,要求
z1火焰限制高度,m,z1=0.166Q;
400℃下至少能正常工作2h
z燃料面到煙氣層底部的高度,m。
(2)隧道內的懸掛設備,如射流風機、可變情報
(2)墻端煙羽流模型
板等在人員疏散階段要具備一定耐火性能且不能
當z>z1時,軸對稱羽流在高度z處的煙氣的墜落。
生成速率可計算為
8隧道滅火壓制措施[10
m=0.0355(2Q)+2++0.0018Q
火災工況下排煙控制策略主要有以下4個
當z=z1時,軸對稱羽流在高度z處的煙氣的方面:
生成速率可計算為
(1)通過火災報警系統(tǒng)以及視頻事件檢測系統(tǒng)
m=0.035Q
確定隧道內火災發(fā)生的準確位置。
當z

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