王 威

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

我国水下隧道建设近年来迅速发展，大量超长水下公路隧道在构建城市交通网中发挥了重要作用。随着环保理念逐渐深入人心，水下公路隧道因其独特优势已成为当今跨越江河湖海的重要选择。同时，由于超长水下公路隧道环境封闭，隧道内发生火灾将严重威胁人员的安全，对隧道内人员疏散救援也提出了严峻挑战[1]。

国内外学者相继对超长水下公路隧道火灾疏散救援开展了相关研究，田峰等[2]对长大过海区间隧道进行人员疏散模拟分析，分析了过海隧道防灾救援设施设置、人员疏散方案等问题。石彬彬[3]采用FDS和Pathfinder对城市多匝道隧道的火灾和人员疏散数值模拟，研究烟气温度、浓度和速度场以确定通风风速的影响，并计算隧道人员疏散所需最短时间，并结合火灾计算结果确定合理逃生路线。姜璐[4]对某750 m双洞隧道利用FDS+EVAC功能进行数值模拟分析，并从疏散时间角度分析，提出了隧道人行横通道间距、通风排烟方式和探测报警系统的优化分析方案。Ciro等[5]针对意大利的长为1.2 km双向弯曲公路隧道进行通过STEPS人员疏散仿真计算软件对车辆拥堵情况下人员疏散过程进行分析。Caliendo等[6]针对公路隧道内不同火灾场景下的烟气与人员疏散进行了模拟，分析了隧道内火灾温度场及安全通道间距设置对疏散时间的影响。总结发现，对于隧道火灾与人员疏散安全的研究，目前最常用的方法是数值模拟分析，且研究集中在火灾发生后隧道内人员从车内疏散至安全通道内的影响(以下简称此疏散阶段为“第一阶段”)，对于人员进入安全通道后如何进一步远离着火点进行有序疏散，最终逃离至相邻的非着火隧道或就近的防烟楼梯直通地面(以下简称此疏散阶段为“第二阶段”)，从而避免因聚集在安全门处或堵塞在安全通道内的变电所处而影响后续人员进入安全通道，保证人员在安全通道内的疏散过程顺畅有序，关于此方面的研究鲜有文献提及。

隧道安全通道内会根据各专业需求设置照明变电所、风机变电所、泵房控制室等房间。发生火灾时，隧道车行洞人员通过安全门进入安全通道并继续完全疏散至相邻隧道或者通过防烟楼梯间直通地面。因此，对影响安全通道内人员疏散的相关因素进行研究，保证安全通道内的人员疏散时顺畅有序、不拥堵，是保障隧道人员安全疏散全过程中的重要环节。

本文以苏州某超长水下公路隧道为研究对象，运用人员疏散模拟软件Pathfinder对不同安全通道内变电所布置、安全门间距、变电所侧最小安全疏散宽度条件下，安全通道内人员疏散情况进行仿真研究，为解决工程实际问题提供必要的理论依据。

1 计算模型

1.1 工程概况

该隧道水下段长约9 km，按双向六车道标准设计，隧道横断面采用两孔一廊结构，两侧孔为车行隧洞，中间管廊下部为人员疏散安全通道。隧道单孔宽17.45 m，沿隧道长度方向每隔一定间距设置安全门，隧道建筑平面(局部)如图1所示。

1.2 模型建立

为了使研究具有更广泛的适用性，依据JTG/T D70/2-02—2014公路隧道通风设计细则3.3.2条规定[7]，选取疏散场景为：隧道内交通阻滞工况下发生火灾，隧道阻滞长度按长度为1 km，车辆间距设置为1 m[8]，建立人员疏散模型如图2所示。

仿真模型中设定隧道着火点位于车辆阻滞段中间位置，人员荷载按照隧道车行洞内车辆满载率100%(2 360人)进行设置，人员类型根据年龄、性别及步行速度分为儿童、成年男性、成年女性、老年人四大类。表1为隧道火灾时人员疏散特征值[9]。

表1 人员疏散特征值

1.3 工况设置

1)既有规范尚未对安全通道内变电所的布置(以下简称“安全门与变电所间距”，指变电所与疏散路径上最近的安全门之间的距离)进行明确规定。为探究变电所布置对安全通道内人员疏散的影响，分别取安全门与变电所间距w为20 m，40 m，60 m。变电所布置模拟工况见表2。

表2 变电所布置工况及模拟时间表

2)为探究安全门间距对安全通道内人员疏散的影响进行研究，选取安全门间距为80 m，100 m，120 m的情况对安全通道内人员疏散进行组合分析。安全门间距模拟工况见表3。

表3 安全门间距工况及模拟时间表

3)由于安全通道内变电所处疏散宽度最小，最容易发生人员拥堵，为探究疏散宽度对安全通道内人员疏散的影响，结合工程调研数据，分别取变电所侧疏散宽度为2 m，2.5 m，2.8 m，3 m。变电所侧疏散宽度模拟工况见表4。

表4 变电所侧疏散宽度工况及模拟时间表

2 计算结果与分析

2.1 变电所布置对安全通道内人员疏散的影响

各工况下变电所布置工况模拟时间及人员拥堵时间如表2所示。图3～图5是在变电所侧疏散宽度为2 m，安全门与变电所间距变化时，人员疏散模拟时间T分别为100 s，250 s，350 s时，变电所附近的人员分布图。

从表2可以看出变电所侧疏散宽度一定时，安全门与变电所间距逐渐增大时，疏散时间仅有20 s～40 s的差异，相对于疏散模拟总时间(第一阶段+第二阶段)影响微弱。

由于人员在安全通道疏散阶段，变电所侧疏散宽度最小，人员密度最大，因此选用变电所附近的人员分布进行分析最具代表性，可直观反映人员在安全通道内疏散时的拥堵情况。对变电所侧疏散宽度为2 m、安全门与变电所间距变化时，同一时刻变电所附近人员分布(如图3～图5所示)进行分析。

在T=100 s时，隧道内的人员没有疏散完毕，尚有部分人员未进入安全通道内，此时安全通道内人员数量正在逐步增长，变电所附近没有产生拥堵现象，且各疏散工况下，变电所附近的人员分布情况基本一致。

在T=250 s时，隧道内的人员已经疏散完毕，隧道内全部人员进入安全通道内，此时安全通道内人员数量达到最大值，变电所附近因为疏散宽度有限，造成人员拥堵，且各疏散工况下，变电所附近的人员分布情况基本一致。

在T=350 s时，虽然安全通道内人员数量仍是最大值，但是随着时间的延续，绝大部分人员已经从变电所处通过，变电所附近没有产生拥堵现象，且各疏散工况下，变电所附近的人员分布情况基本一致。

可以看出，同一时刻，在20 m～60 m范围内，随着变电所与安全门间距的增加，变电所附近的人员分布基本一致。

对变电所侧疏散宽度分别为2.5 m，3 m，安全门与变电所间距变化时，同一时刻变电所附近人员分布规律与2 m宽度下情况一致，即：变电所与安全门间距对安全通道内的人员疏散影响微弱，故其模拟结果云图不再逐一列出。

2.2 安全门间距对安全通道内人员疏散的影响

各工况下变电所布置工况模拟时间及人员拥堵情况如表3所示。

变电所侧疏散宽度2 m，同一时间、不同安全门间距时，变电所附近安全通道的人员分布情况如图6～图8所示。

从表3可以看出变电所侧疏散宽度一定时，安全门间距逐渐增大时，疏散时间仅有20 s～30 s的差异，相对于疏散模拟总时间(第一阶段+第二阶段)影响微弱。

由图6～图8可以看出，变电所侧疏散宽度2 m情况下，T=100 s时，变电所附近安全通道内人员分布图可发现，人员未发生拥堵，且安全门间距对安全通道内人员疏散影响不大。随着时间的增长，T=250 s，T=350 s时，安全通道内人员发生了拥堵，虽然各疏散工况下，同一时刻的拥堵程度不同，但是100 s～350 s时间段内，安全通道内人员疏散的整体趋势一致，均为拥堵逐渐加重。同时可以看出，不同安全门间距对安全通道内人员疏散几乎没有影响。

变电所侧疏散宽度2.5 m，3 m情况下，安全门之间间距变化时，安全通道内人员拥堵程度有所缓解，且同一时刻变电所附近人员分布规律与2 m宽度下情况一致，即：安全门间距对安全通道内的人员疏散影响微弱，故其云图不再逐一列出。

2.3 变电所侧疏散宽度对安全通道内人员疏散的影响

各工况下变电所侧疏散宽度工况模拟时间及人员拥堵时间如表4所示。安全口与变电所间距20 m，同一时间、不同变电所侧疏散宽度工况下，变电所附近安全通道的人员分布情况如图9～图11所示。

图9～图11是在安全口与变电所间距为20 m时，变电所侧疏散宽度变化时，T分别为100 s，250 s，350 s时，变电所附近的人员分布图。

通过对图9～图11进行分析，可以看出：

在T=100 s时，隧道内的人员没有疏散完毕，尚有部分人员未进入安全通道内，此时安全通道内人员数量正在逐步增长，不同的变电所侧疏散宽度下，变电所附近未产生拥堵。

在T=250 s时，隧道内的人员已经疏散完毕，隧道内全部人员进入安全通道内，此时安全通道内人员数量达到最大值。当变电所侧宽度k=2 m时，变电所附近产生严重拥堵；当变电所侧宽度k=2.5 m时，变电所附近有轻微拥堵发生；当变电所侧宽度k=2.8 m/3.0 m时，变电所附近没有拥堵发生。

在T=350 s时，虽然安全通道内人员数量仍是最大值，但是随着时间的延续，绝大部分人员已经从变电所处通过，变电所附近没有产生拥堵现象。

可以看出，同一时刻，在20 m～40 m范围内，随着变电所与安全门间距的增加，变电所附近的人员分布基本一致。

安全口与变电所间距为40 m时，可以发现同样的规律，故其模拟结果云图不再逐一列出。

可见，变电所侧疏散宽度k=2 m时安全通道内拥堵程度最严重；k=2.5 m可以很大程度缓解拥堵，拥堵时间仅有30 s，相较于k=2 m工况，拥堵时间减少了184 s，降低了86%；k=2.8 m及k=3 m工况安全通道内基本不拥堵。因此，变电所侧疏散宽度越大，安全通道内人员发生拥堵的程度越低，人员疏散时间越短。

变电所侧疏散宽度也不是越大越好，宽度越大占用安全通道空间越大，变电所布置空间越小。综合考虑变电所宽度需求及土建成本，建议安全通道内变电所侧疏散宽度取2.5 m，既能满足人员在安全通道内疏散需求，又可避免人员在安全通道内长时间拥堵，影响隧道内剩余人员疏散。

3 结论

本文运用Pathfinder软件对某超长水下公路隧道的人员疏散进行了模拟研究，主要结论有以下几点：

1)安全通道内变电所的布置、安全门间距对人员在安全通道内的疏散过程影响微弱，实际工程中，在二者设置不受限的情况下，建议安全通道内变电所的布置、安全门间距分别选取20 m，100 m，尽量缩短人员在安全通道内疏散过程中的拥堵时间。

2)不同变电所侧疏散宽度对人员在安全通道内的疏散有很大影响，宽度越大越利于疏散，但是宽度太大会影响变电所布置空间，综合考虑变电所宽度需求及土建成本，建议安全通道内变电所侧疏散宽度取2.5 m，既能满足人员在安全通道内疏散需求，又可避免人员在安全通道内长时间拥堵，影响隧道内剩余人员疏散。