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基于運(yùn)營(yíng)安全性的沉管隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

文檔作者：楊秀軍顏靜儀顧思思文檔來(lái)源：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(yùn)營(yíng)安全性的沉管隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
楊秀軍顏靜儀顧思思
(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院北京100191)
摘要隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)是指導(dǎo)沉管隧道安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全性具有重要意義。本文結(jié)合沉管
隧道的特點(diǎn),從火災(zāi)誘發(fā)因素、火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量溫升與時(shí)間曲線、排煙量、設(shè)備耐火性能、火災(zāi)干預(yù)措施等進(jìn)行論述
本文有助于設(shè)計(jì)及科研人員更好地了解沉管隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的基本思路和選取方法。
關(guān)鍵詞沉管隧道火災(zāi)場(chǎng)景運(yùn)營(yíng)安全性
1概述[12]
義。目前,國(guó)內(nèi)在進(jìn)行隧道安全設(shè)計(jì)時(shí),缺少火災(zāi)
場(chǎng)景設(shè)計(jì),容易造成隧道安全性不足或安全設(shè)備太
近年來(lái),沉管隧道(見(jiàn)圖1)在國(guó)內(nèi)外得到越來(lái)過(guò)浪費(fèi)本文結(jié)合沉管隧道基本特點(diǎn),從火災(zāi)場(chǎng)景
越廣泛的應(yīng)用?；诔凉芩淼赖靥幩录疤厥饨Y(jié)設(shè)計(jì)主要目的、火災(zāi)場(chǎng)景基礎(chǔ)資料收集、火災(zāi)誘發(fā)
構(gòu)構(gòu)造,對(duì)火災(zāi)工況下運(yùn)營(yíng)安全提出了更高的要因素分析、火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量選取、溫升與時(shí)間曲線、排
求。隧道火災(zāi)場(chǎng)景是隧道安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),對(duì)隧道煙量計(jì)算、設(shè)備耐火性能、火災(zāi)干預(yù)措施等對(duì)沉管
通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)逃生通道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)設(shè)備隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)展開(kāi)論述。
耐火性能設(shè)計(jì)以及隧道的修復(fù)和維護(hù)都有重要意
圖1沉管隧道典型橫斷面圖
2沉管隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)主要目的[3
(4)隧道火災(zāi)應(yīng)急裝備的安全性。隧道內(nèi)溫度
場(chǎng)、煙霧蔓延長(zhǎng)度是隧道火災(zāi)工況下應(yīng)急設(shè)備主要
參考國(guó)內(nèi)外火災(zāi)相關(guān)研究報(bào)告和技術(shù)規(guī)范,沉指標(biāo)選取的依據(jù)。
管隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)主要有以下目的:
(5)消防培訓(xùn)與演練。
(1)隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)估?；馂?zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)
(6)隧道主體結(jié)構(gòu)災(zāi)后修復(fù)及維護(hù)。
量、排煙量是進(jìn)行隧道緊急通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參
考指標(biāo),也是火災(zāi)工況下主要排煙設(shè)備的參數(shù)選取3隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料收集
的主要依據(jù)。沉管隧道一般設(shè)置重點(diǎn)排煙系統(tǒng),排
為了對(duì)隧道火災(zāi)場(chǎng)景有一個(gè)客觀的評(píng)價(jià),建議
煙量是進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響收集以下基本資料作為火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的基礎(chǔ):隧道
較大。
等級(jí)及隧道類型、隧道長(zhǎng)度、隧道通行方式、隧道車
(2)隧道內(nèi)人員疏散安全性評(píng)估。隧道內(nèi)人員輛通行數(shù)據(jù)、隧道運(yùn)輸貨物性質(zhì)
在火災(zāi)工況下能否安全疏散取決于火災(zāi)規(guī)模大小、
另外,有些資料如隧道通風(fēng)排煙方案、隧道消
疏散設(shè)施以及緊急通風(fēng)和滅火設(shè)施,這些都是火災(zāi)防方案等與隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)是一個(gè)交互的過(guò)程,
場(chǎng)景設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。
有時(shí)需要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)才能最終確定。
(3)隧道主體結(jié)構(gòu)火災(zāi)工況下安全性。設(shè)計(jì)火
災(zāi)當(dāng)量和確定溫升時(shí)間曲線是隧道主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行4隧道火災(zāi)主要誘發(fā)因素3
結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？紤]到沉管隧道對(duì)結(jié)構(gòu)安
根據(jù) PIARC技術(shù)文件及以往事故調(diào)查分析,
全性要求較高該指標(biāo)具有重要意義。
隧道火災(zāi)基本都與隧道通行車輛有關(guān),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(nèi)設(shè)備引發(fā)火災(zāi)、剎重型貨車通行的隧道火災(zāi)規(guī)模為20~200MW其
車過(guò)熱等。
中,NFPA502在2004年版中推薦的火災(zāi)規(guī)模為20
根據(jù)對(duì)最近發(fā)生的幾起主要事故進(jìn)行分析,隧~30mw,在采用相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后,2008年版以后
道火災(zāi)主要是由于交通事故引起的。
推薦的火災(zāi)規(guī)模為70~200M
水下隧道一般嚴(yán)禁危險(xiǎn)品車輛通行,在確定交
根據(jù)國(guó)際道路協(xié)會(huì) PIARC《Smoke Control in
通事故火災(zāi)誘發(fā)場(chǎng)景時(shí)需考慮隧道內(nèi)車輛類型。 Road Tunnels》在總結(jié)挪威、荷蘭和法國(guó)最新研究成
評(píng)估火災(zāi)發(fā)生時(shí)除單車發(fā)生火災(zāi)外,主要有以下幾果后,給出不同車型發(fā)生火災(zāi)工況下火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量
種車輛火災(zāi)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(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量4
2~3輛小客車
 8 MW
1輛面包車
 15 MW
隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量是隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的基
1輛公共汽車
 20MW
礎(chǔ)。隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量與設(shè)計(jì)等級(jí)(高速公路、一
1輛載有可燃物的貨車(一般情況)0~30MW
級(jí)公路等)隧道類型(山嶺隧道城市隧道水下隧5.3溫升與時(shí)間曲線
道)、通行方式(雙洞單向交通、單洞雙向交通)、車
目前,國(guó)內(nèi)外較為普遍的火災(zāi)溫度與時(shí)間關(guān)系
輛類型(大車比例等)、運(yùn)輸貨物性質(zhì)(是否允許危曲線主要有ISO曲線、碳?xì)淝€、Rws曲線、rabT
險(xiǎn)物車輛駛?cè)?滅火設(shè)施配置泡沫水噴霧滅火系曲線。國(guó)內(nèi)主要采用《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB
統(tǒng)、高壓細(xì)水霧系統(tǒng)等)等因素有關(guān)。
500162006)給出了城市隧道溫升曲線(見(jiàn)圖2)
在火災(zāi)誘發(fā)原因和可能的火災(zāi)類型確定之后,主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要根據(jù)溫度曲線考慮最高溫度及
考慮到造價(jià)等原因可根據(jù)隧道內(nèi)火災(zāi)壓制措施(泡耐火時(shí)間,同時(shí),需要考慮次要結(jié)構(gòu)如排煙道的耐
沫水噴霧滅火系統(tǒng)等)對(duì)火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量進(jìn)行修正?；鹦阅?。
5.1國(guó)內(nèi)隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量選取
1400
我國(guó)尚未有相關(guān)規(guī)范直接給出隧道火災(zāi)規(guī)模,在
《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ026.11999)條文
1200810781080
1080
說(shuō)明中提及了除油罐車火災(zāi)外的一般隧道火災(zāi)功00
10
率按20MW考慮。目前,建成的隧道中大部分采800
用50MW進(jìn)行設(shè)計(jì)
600
正在修訂的《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》給出了400
不同隧道長(zhǎng)度、不同通行方式、不同公路等級(jí)火災(zāi)200
設(shè)計(jì)當(dāng)量。
1020040
正在編寫的《公路隧道消防技術(shù)規(guī)范》對(duì)不同
0102030405060708090100110120140
時(shí)間/min
類型隧道、不同通行方式、不同公路等級(jí)情況下隧
道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量進(jìn)行了探討。
圖2溫升與時(shí)間變化曲線
5.2國(guó)外隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量選取
5.4國(guó)內(nèi)外典型隧道工程實(shí)例
世界各國(guó)采用的隧道火災(zāi)規(guī)模差異較大,考慮
國(guó)內(nèi)外典型隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)當(dāng)量見(jiàn)表1
表1國(guó)內(nèi)外部分水下隧道采用的火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)
火災(zāi)熱釋
隧道名稱
隧道特性
放率/MW
滅火系統(tǒng)
上海長(zhǎng)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(gòu)隧道,設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h
南京長(zhǎng)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(gòu)隧道,設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h
武漢長(zhǎng)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(gòu)隧道,設(shè)計(jì)時(shí)速50km/h
38
楊秀軍等基于運(yùn)營(yíng)安全性的沉管隧道火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
續(xù)表
火災(zāi)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(wù)通道,設(shè)
海底隧道
計(jì)時(shí)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(wù)通道,設(shè)計(jì)
時(shí)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(gòu)隧道,設(shè)計(jì)時(shí)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(gòu)隧道,設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)速120km/h
6隧道排煙量計(jì)算[6,89
m=0.016(2Q)z
符號(hào)意義同上。
火災(zāi)工況下為保證人員疏散安全性,需要有效6.2國(guó)外排煙量計(jì)算方法
地排出火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧。沉管隧道一般采用重點(diǎn)
國(guó)外對(duì)隧道排煙進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,對(duì)不
排煙系統(tǒng)(見(jiàn)圖3),為達(dá)到火災(zāi)工況下控制隧道內(nèi)同類型隧道排煙量給出了推薦值。美國(guó)NFPA502
煙霧擴(kuò)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(zāi)的排煙量推薦值,見(jiàn)表2。
分別介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于隧道排煙量的計(jì)算方法。
表2美國(guó)隧道通風(fēng)需求(NFPA502,2004)
火源類型火災(zāi)當(dāng)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(diǎn)排煙系統(tǒng)示意圖
另外,奧地利等國(guó)家也對(duì)不同通風(fēng)類型隧道的
6.1國(guó)內(nèi)排煙量計(jì)算方法
排煙量進(jìn)行了闡述。
依據(jù)《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》(DGJ08-88
2006),隧道排煙量的理論計(jì)算值可采用軸對(duì)稱型7設(shè)備在火災(zāi)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(shè)備在火災(zāi)工況下的安全性有兩層含義:
(1)軸對(duì)稱型煙羽流模型
(1)排煙設(shè)備,如排煙風(fēng)機(jī)(軸流風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)
0.032Q
z≤z
機(jī))、電動(dòng)排煙口等設(shè)備需要在火災(zāi)工況下人員疏
M0.071Q+0.0018>1
散及滅火階段正常運(yùn)行。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明
式中M羽流質(zhì)量流量,kg/s;
設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026.1-1999)射流風(fēng)機(jī)需要在250
Q火源的對(duì)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(nèi)的懸掛設(shè)備,如射流風(fēng)機(jī)、可變情報(bào)
(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(dāng)z>z1時(shí),軸對(duì)稱羽流在高度z處的煙氣的墜落。
生成速率可計(jì)算為
8隧道滅火壓制措施[10
m=0.0355(2Q)+2++0.0018Q
火災(zāi)工況下排煙控制策略主要有以下4個(gè)
當(dāng)z=z1時(shí),軸對(duì)稱羽流在高度z處的煙氣的方面:
生成速率可計(jì)算為
(1)通過(guò)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以及視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)
m=0.035Q
確定隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的準(zhǔn)確位置。
當(dāng)z

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