袁 慧

(中咨泰克交通工程集团有限公司，北京 100083)



公路隧道火灾排烟设计探讨

袁 慧

(中咨泰克交通工程集团有限公司，北京 100083)

为解决特长隧道常规火灾排烟方法的局限性，介绍了国内外常用隧道火灾通风和排烟设计方式，提出了特长隧道通风设计和防灾设计区别对待的设计理念，优化设计了火灾发生后的排烟方案，对今后的隧道火灾排烟设计工作有一定参考意义。

隧道火灾，隧道通风，防排烟，设计理念

0 引言

随着近几年国家对基础设施建设的大力投入，公路建设得到了突飞猛进的发展，迎来了公路建设的高峰期。随着高速公路建设水平的提高，越来越多的隧道投入到使用中。根据交通运输部统计数据，截至2015年年底，全国公路隧道为14 006处、1 268.39万m，其中，特长隧道744处、329.98万m，长隧道3 138处、537.68万m[1]。出现了一大批5 000 m以上的特长隧道，如18.3 km的秦岭终南山隧道、13.2 km的虹梯关隧道、13.0 km的西山隧道、12.3 km的大坪里隧道、12.3 km的麦积山隧道、12.1 km的包家山隧道、11.4 km的云山隧道、10.4 km的宝塔山隧道等。长大公路隧道一旦发生火灾，烟雾难以及时排出，疏散救援将十分困难，往往会造成极具破坏性和危险性的后果。

1 隧道火灾的危害及特点

随着国家对安全生产意识的不断增强，在设计阶段如何预防火灾事故的发生以及如何考虑火灾时的应急对策成为摆在我们面前的一道课题。通过对国内外火灾事故数据的采集调研，总结出火灾事故的主要特点如下：

1)高温气体迅速扩散，烟雾积聚增加。

当隧道发生火灾后，由于隧道内烟雾所能行走的范围有限，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。

2)火灾蔓延快，控制难度大。

因车辆事故等引起火灾后，除车辆本身携带了一定数量的燃油外，还可能有运载易燃、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，甚至发生爆炸，火势蔓延快，不易控制。如岩后隧道火灾就是最典型的一个例子。

3)疏散、救援难度大。

火灾可能会对供电系统、照明系统、通风系统、监控系统、沿线管线、线缆等造成一定的损害，从而影响救援设施的正常使用等，也使消防人员很难接近火源进行紧急救援。

根据以上火灾事故特点分析可知，烟雾不能及时排出隧道外是导致隧道内人员伤亡、洞内设施遭到破坏、人员疏散救援难度加大的根本原因。所以，火灾时如何科学有效地解决好隧道洞内排烟问题，就成为减少人员伤亡、降低财产损失和科学运营管理最关键的因素。

2 规范对排烟的要求

交通运输部1999年下发的JTJ 026.1—1999公路隧道通风照明设计规范要求，“通风设计时必须考虑火灾对策，长度大于1 500 m且交通量较大的隧道应考虑排烟措施”[7]。在多年实践经验的基础上，随后于2014年又发布了新的规范JTG D70/2—2014公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施及JTG D70/2—02—2014公路隧道通风设计细则，对火灾排烟提出了更高的要求“长度L>1 000 m的高速公路和一级公路隧道、长度L>2 000 m的二、三、四级公路隧道应设置火灾机械防烟与排烟系统”,要求在进行隧道通风设计时，必须对火灾工况下的通风排烟方案进行设计和分析。所以，在做隧道通风系统设计过程中，要统一将通风系统和防排烟系统综合考虑，合理配置隧道通风方案，使隧道通风系统既能兼顾隧道正常运营情况下的通风功能，又具备隧道火灾事故工况时的事故排烟功能，对隧道通风设计人员提出了更高的要求。

3 国内主要通风和防排烟方式

目前，纵向通风和横向通风是应用较多的两种通风方式。尤其是纵向通风方式，近些年国内通车的隧道多数采用了纵向通风方式。这主要是因为纵向通风既无需设置专用通风管道，也无需增大隧道断面积，仅仅是充分利用了隧道活塞风的作用，就取得了良好的效果。纵向通风经济性优越，综合性价比相对较高，所以在国内得到了很大的推广。但对于火灾工况下的排烟方式而言，在隧道通风系统设计中对火灾排烟方式的选择与考虑上，纵向排烟也并非是一种理想的通风方式。纵向通风的优点同时也是纵向排烟的缺点，火灾时，高温气体在隧道主洞内的行程较远，这是一种内在的缺陷，而集中排烟措施很好地解决了这个问题。采用火灾集中排烟措施(横向通风的一种)是一种更可靠，更有效的排烟方式，是目前国内外排烟设计的发展方向。

3.1 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。

3.2 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。

5 结语

随着人们消防意识的不断增强，对人的生命权提高到一个更高的层次，火灾排烟问题越来越受到大家的重视。尤其是特长隧道的排烟问题，是摆在每一位通风设计人员面前的一道课题，应该在设计阶段予以充分考虑。

国内常规通风设计中，往往将排烟设计与通风设计同方案化。本文提出对于特长隧道通风方案设计时，可考虑独立设置通风系统和排烟系统，通风系统采用纵向式，排烟系统采用横向集中式。既解决了隧道正常运营通风的问题，又减少了火灾时烟雾在隧道中扩散的范围，使火灾得到了有效的控制。特长隧道采用风道集中排烟方式是实现烟气分离最有效的手段之一，希望能在今后的应用中得到更多的推广，引起更多人对消防安全的重视。

[1] 综合规划司.2015年交通运输行业发展统计公报[N].2016-05-06.

[2] 国务院晋济高速公路山西晋城段岩后隧道“3·1”特别重大道路交通危化品燃爆事故调查组.晋济高速山西晋城段岩后隧道“3·1”事故调查报告[R].2014.

[3] 王少飞.公路隧道火灾事故特性及危害[J].消防科学与技术，2011(4):53-55.

[4] 吴德兴.国内外公路隧道火灾排烟设计理念比较[J].公路交通技术，2008(5):32-37.

[5] 张祉道.公路隧道的火灾事故通风[J].现代隧道技术，2003(1):23-33.

[6] 王 辉.公路隧道火灾事故统计分析[J].河北交通科技，2009(2):106-108.

[7] JTG D70/2—2014，公路隧道设计规范[S].

On design for fire accidents and smoke ejection in road tunnels

Yuan Hui

(TECHTrafficEngineeringGroupCo.,Ltd,Beijing100083,China)

In order to solve the limitation of the regular fire and smoke ejection methods in super-long tunnels, the paper introduces the design methods for common fire accidents and ventilation at home and abroad, points out the design ideas for the super-long tunnel ventilation design and different treatments for accident prevention designs, and optimizes the smoke ejection scheme after the fire accidents, so it provides some reference for the tunnel fire-accident and smoke ejection in tunnels.

fire accident of tunnels, tunnel ventilation, smoke ejection, design idea

1009-6825(2016)18-0152-02

2016-04-17

袁 慧(1983- )，男，工程师

U453.5

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