特长隧道火灾发展特性及防排烟系统研究

特长隧道火灾发展特性及防排烟系统研究

黄义

海南公路工程有限公司海南海口570100

摘要：随着社会的不断发展，隧道工程项目越来越多。目前，隧道火灾是隧道工程中一大问题，不仅会造成人员的伤亡，同时也直接影响到车辆的运行，影响隧道结构和隧道内的辅助设施。文章分析了隧道火灾发展特性及通风排烟方法。

关键词：隧道火灾；发展特性；排烟方法

火灾是隧道灾害中最具危害的一种灾害。在地下空间大规模开发的背景下，如何保证交通隧道，尤其是特长隧道的火灾安全至关重要，这也是目前勘察、设计、施工、运营等部门面临的最重要的问题之一。本文将结合特长隧道火灾发展特性，从火灾诱因、通风防排烟设计进行分析，总结消防设计关键技术存在的问题和不足，为进一步深化研究和发展特长隧道通风排烟技术提供参考。

一、隧道火灾及其特点

1.火灾蔓延快，控制难度大。车辆在发生火灾后，除了车辆本身会有燃油外，还会存在一些运载易燃、可燃货物及危险货物等的汽车，高温气体可以在隧道内迅速传播到很远，点燃远处的易燃物，严重的时候会引发爆炸，火势很难得到控制。

2.高温气体迅速扩散，烟雾积聚增加。当隧道发生火灾后，由于隧道内烟雾弥漫的范围有限，只能沿着隧道内部从就近的排烟口进行排烟，而排烟口的设置往往有一定的距离，所以隧道内烟雾积聚浓度较大，烟雾扩散距离较远，高温气体大量聚积在隧道内，对隧道及洞内设施破坏较大。

3.人员疏散和扑救困难。隧道本身的空间是很受到限制的，当发生火灾后，隧道的人员疏散就存在很多困难，再加上隧道的横截面积小，疏散距离也比较长，其发生火灾就会产生很多的烟气，从而对人们身体造成很大影响，严重的时候会出现拥挤情况，出现踩踏现象。隧道的出入口比较少，在发生火灾后抢救路线也比较少，并且其空间受到很大限制，从而使得大型的救援设备不能及时的进入场地进行抢救。在发生火灾后烟气的流动使得现场会处于一个朦胧状态，也在很大程度上影响了救援。另外，隧道还具有不确定性，主要是受到隧道车辆、起火源以及车载物品等方面的影响。就目前的情况来看，隧道的长度和交通量都会影响到发生火灾的概率，增加救灾的难度。

二、国内主要通风和防排烟方式

1.通风排烟模式

在隧道火灾发生中造成人员的伤亡主要是由烟气造成的，因此为了疏散人员，确保人们的安全，在隧道内设置排烟系统非常有必要。就目前的情况来看，隧道中的排烟和通风合用一个系统，其在平常都是通风模式，但是遇到火灾后，就会转换成排烟模式。隧道的通风排烟模式根据车道空间的空气流动将其分为了以下几种类型，具体如图所示。

机械排烟主要采用了排烟风机和排烟管道进行主动排烟的方法，其最大的优势是基本不会受到外界因素影响，但是缺点是系统布置非常复杂、成本高、不容易进行维修。机械排烟系统的组成主要包括排烟口、排烟风机和防火阀等部分，需要注意的是排烟条件很容易影响到火源的燃烧，因此需要引起我们的重视。在实际的应用中，机械排烟也常常会和自然排烟相结合，或者是单独进行使用，其需要根据实际情况进行选择，包括隧道的长度、气象、交通和环境等条件，最大程度上做到合理排烟，控制成本。另外，也可以选择重新编排几种排烟方法，其目的是达到最好的效果。隧道排烟方式是一项非常系统的工作，合理的进行排烟能够确保其达到安全可靠，且合理控制成本，因此值得推广。在进行隧道排烟方式的选择时需要结合实际的情况进行，对于排烟方式的优缺点进行充分考虑，从而确保隧道安全

2.纵向式排烟方式

纵向排烟方式是利用通风设备产生的不小于临界风速的纵向气流，沿行车方向，以合理的速度向排烟口方向排放的一种方式。这种方式在单向交通工况下比较有效，因为当排烟工况启动时，往往隧道下游的车辆已经安全离开隧道，烟气向下游排放时没有人员在前方。一方面，与横向式排烟相比较，纵向式排烟所需的隧道标准断面开挖量小的多，经济性很强。所以这也是当前我国国内应用最多的一种排烟方式。另一方面，如果采用纵向通风，当高温气体沿隧道向出口处移动时，也会将氧气源源不断地向前推送，从而更加大了火灾的危害性，如果不能很好的控制高温气体，其流经隧道时，也会造成能见度降低，空气稀薄等后果，非常不利于消防救援。而且，纵向式排烟方式也存在一些严重的安全隐患。比如双向交通的情况，当发生火灾后，由于两个方向都有交通量，对洞内人员进行及时的疏散和救援的难度较大，容易造成二次事故的发生。横向排烟方式见图1，图2，纵向排烟方式见图3。

3.集中排烟方式

集中排烟方式是横向排烟方式的一种。集中排烟模式在欧洲经常被用于解决双向交通公路隧道和特长单向交通隧道的通风问题。集中排烟方式往往不是独立存在的，往往是与横向通风方式相结合使用的。在隧道顶部或侧面设置风道，正常状态下，轴流风机处于送风状态，向风道内输送新风，并通过电动风阀来控制送风口的启闭，实现隧道内均匀舒适的横向通风；当处于火灾状态下时，轴流风机逆向，改为排烟模式，火灾点远处的风阀全部关闭，火灾点附近的电动风阀打开，此时的高温气体立即通过开启的电动组合风阀进入到排烟通道中，减少了高温气体在隧道主洞内的行程。集中排烟方式能使火灾烟气得到更有效的控制，不但送风均匀度好，司乘人员在洞内的任何地方，都能感受到同样的风速和状态，而且一旦隧道内发生火灾，消防人员可以从任意方向进行救援，消防能力大大提高。

4.一种新的通风和防排烟组合理念

在国内，目前特长隧道的正常运营通风和火灾排烟绝大多数采用纵向通风方式。造成国内通风与排烟方案等同化的原因是多方面的。隧道排烟设计之所以受到通风方案的绑架，一方面是由于纵向通风的经济实用性得到了大范围的推广和认可，另一方面受资金、工期、排烟意识等多方面现实情况影响。集中排烟方式需要设置独立的排烟通道，必然会增加开挖量，从而增加资金投入和影响工期；客观讲，国内对火灾的重视程度还不够高，前期准备较少，往往在发生重大事故后才去重视。所以，在此提出将通风方案与排烟方案分别设计的理念。对于普通的短隧道或长隧道而言，发生火灾所造成的影响一般要比同等条件下的特长隧道小，所以，为了降低工程造价和减少工程施工工期，对于短隧道和长隧道的通风方式及排烟方式可统一采用纵向式。对于特长隧道而言，由于人员疏散及救援难度较大，火灾造成的破坏性较强，所以建议特长隧道通风方式仍采用较经济的纵向通风方式，排烟方式则建议考虑设置专用排烟道，采用集中排烟方式。这种理念有别于平时我们的设计思路，正常运营时的通风还是纵向通风，只是发生火灾后的排烟方式为横向排烟，对于提高排烟效果，提高运营管理质量在硬件上起到一定的作用。

隧道在正常运营时，可采用射流风机纵向通风方式，或轴流风机斜/

竖井分段纵向通风方式；当隧道发生火灾后，则应由通风模式调整为火灾模式，通过在左、右洞之间的排烟道上设置的电动排烟口来控制。电动排烟口在隧道正常运营时处于关闭状态，只有发生火灾时才开启，通过设置在两端的排烟风机就近及时将烟气排离行车道，同时还可以通过主洞内的可逆射流风机对洞内烟气流动做适当引导，减少烟气影响范围，营造良好的疏散救援环境。

总之，特长隧道如果发生火灾，不能及时的排出烟雾，会影响到疏散和救援，造成极具破坏性和危险性的后果，因此采取有效的方法进行控制非常重要，进一步加强对其的研究非常有必要。

参考文献：

[1]吴显超.地铁隧道中活塞风对防排烟系统的影响研究[D].沈阳航空航天大学，2013.

[2]吴德兴.特长公路隧道火灾独立排烟道点式排烟系统研究[D].西南交通大学，2011.

[3]安健.地铁长区间隧道火灾通风模式与排烟研究[D].西安建筑科技大学，2014.