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基于运营安全性的沉管隧道火灾场景设计

文档作者：杨秀军颜静仪顾思思文档来源：交通运输部公路科学研究院		点击数：	更新时间： 2021年09月23日
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公路隧道
2013年第3期(总第83期)
基于运营安全性的沉管隧道火灾场景设计
杨秀军颜静仪顾思思
(交通运输部公路科学研究院,北京交科公路勘察设计研究院北京100191)
摘要隧道火灾场景设计是指导沉管隧道安全设计的基础,对隧道运营安全性具有重要意义。本文结合沉管
隧道的特点,从火灾诱发因素、火灾设计当量温升与时间曲线、排烟量、设备耐火性能、火灾干预措施等进行论述
本文有助于设计及科研人员更好地了解沉管隧道火灾场景设计的基本思路和选取方法。
关键词沉管隧道火灾场景运营安全性
1概述[12]
义。目前,国内在进行隧道安全设计时,缺少火灾
场景设计,容易造成隧道安全性不足或安全设备太
近年来,沉管隧道(见图1)在国内外得到越来过浪费本文结合沉管隧道基本特点,从火灾场景
越广泛的应用。基于沉管隧道地处水下及特殊结设计主要目的、火灾场景基础资料收集、火灾诱发
构构造,对火灾工况下运营安全提出了更高的要因素分析、火灾设计当量选取、温升与时间曲线、排
求。隧道火灾场景是隧道安全设计的基础,对隧道烟量计算、设备耐火性能、火灾干预措施等对沉管
通风系统设计逃生通道设计结构防火设计设备隧道火灾场景设计展开论述。
耐火性能设计以及隧道的修复和维护都有重要意
图1沉管隧道典型横断面图
2沉管隧道火灾设计主要目的[3
(4)隧道火灾应急装备的安全性。隧道内温度
场、烟雾蔓延长度是隧道火灾工况下应急设备主要
参考国内外火灾相关研究报告和技术规范,沉指标选取的依据。
管隧道火灾场景设计主要有以下目的:
(5)消防培训与演练。
(1)隧道通风系统设计与评估。火灾设计当
(6)隧道主体结构灾后修复及维护。
量、排烟量是进行隧道紧急通风系统设计的主要参
考指标,也是火灾工况下主要排烟设备的参数选取3隧道火灾场景设计基础资料收集
的主要依据。沉管隧道一般设置重点排烟系统,排
为了对隧道火灾场景有一个客观的评价,建议
烟量是进行排烟系统设计的基础,对隧道结构影响收集以下基本资料作为火灾场景设计的基础:隧道
较大。
等级及隧道类型、隧道长度、隧道通行方式、隧道车
(2)隧道内人员疏散安全性评估。隧道内人员辆通行数据、隧道运输货物性质
在火灾工况下能否安全疏散取决于火灾规模大小、
另外,有些资料如隧道通风排烟方案、隧道消
疏散设施以及紧急通风和灭火设施,这些都是火灾防方案等与隧道火灾场景设计是一个交互的过程,
场景设计的主要内容。
有时需要进行综合评价才能最终确定。
(3)隧道主体结构火灾工况下安全性。设计火
灾当量和确定温升时间曲线是隧道主体结构进行4隧道火灾主要诱发因素3
结构防火设计的基础。考虑到沉管隧道对结构安
根据 PIARC技术文件及以往事故调查分析,
全性要求较高该指标具有重要意义。
隧道火灾基本都与隧道通行车辆有关,主要因素如
37
公路隧道
2013年第3期(总第83期)
下:交通事故、车辆自燃、隧道内设备引发火灾、刹重型货车通行的隧道火灾规模为20~200MW其
车过热等。
中,NFPA502在2004年版中推荐的火灾规模为20
根据对最近发生的几起主要事故进行分析,隧~30mw,在采用相关实验数据后,2008年版以后
道火灾主要是由于交通事故引起的。
推荐的火灾规模为70~200M
水下隧道一般严禁危险品车辆通行,在确定交
根据国际道路协会 PIARC《Smoke Control in
通事故火灾诱发场景时需考虑隧道内车辆类型。 Road Tunnels》在总结挪威、荷兰和法国最新研究成
评估火灾发生时除单车发生火灾外,主要有以下几果后,给出不同车型发生火灾工况下火灾设计当量
种车辆火灾状况:2~3辆小客车相撞、1辆小客车如下:
与1辆大巴相撞、1辆小客车与1辆大货车相撞、1
1辆小客车
2.5Mw
辆大巴和1辆大货车相撞、2辆大货车相撞等。
1辆大客车
 5 MW
5隧道火灾设计当量4
2~3辆小客车
 8 MW
1辆面包车
 15 MW
隧道火灾设计当量是隧道火灾场景设计的基
1辆公共汽车
 20MW
础。隧道火灾设计当量与设计等级(高速公路、一
1辆载有可燃物的货车(一般情况)0~30MW
级公路等)隧道类型(山岭隧道城市隧道水下隧5.3温升与时间曲线
道)、通行方式(双洞单向交通、单洞双向交通)、车
目前,国内外较为普遍的火灾温度与时间关系
辆类型(大车比例等)、运输货物性质(是否允许危曲线主要有ISO曲线、碳氢曲线、Rws曲线、rabT
险物车辆驶入)灭火设施配置泡沫水喷雾灭火系曲线。国内主要采用《建筑设计防火规范》(GB
统、高压细水雾系统等)等因素有关。
500162006)给出了城市隧道温升曲线(见图2)
在火灾诱发原因和可能的火灾类型确定之后,主体结构设计需要根据温度曲线考虑最高温度及
考虑到造价等原因可根据隧道内火灾压制措施(泡耐火时间,同时,需要考虑次要结构如排烟道的耐
沫水喷雾灭火系统等)对火灾设计当量进行修正。火性能。
5.1国内隧道火灾设计当量选取
1400
我国尚未有相关规范直接给出隧道火灾规模,在
《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.11999)条文
1200810781080
1080
说明中提及了除油罐车火灾外的一般隧道火灾功00
10
率按20MW考虑。目前,建成的隧道中大部分采800
用50MW进行设计
600
正在修订的《公路隧道通风设计细则》给出了400
不同隧道长度、不同通行方式、不同公路等级火灾200
设计当量。
1020040
正在编写的《公路隧道消防技术规范》对不同
0102030405060708090100110120140
时间/min
类型隧道、不同通行方式、不同公路等级情况下隧
道火灾设计当量进行了探讨。
图2温升与时间变化曲线
5.2国外隧道火灾设计当量选取
5.4国内外典型隧道工程实例
世界各国采用的隧道火灾规模差异较大,考虑
国内外典型隧道火灾设计当量见表1
表1国内外部分水下隧道采用的火灾标准
火灾热释
隧道名称
隧道特性
放率/MW
灭火系统
上海长江隧道50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等8.95km,双向6车道盾构隧道,设计时速80km/h
南京长江隧道50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等6.04km,双向6车道盾构隧道,设计时速80km/h
武汉长江隧道50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等3.63km,双向4车道盾构隧道,设计时速50km/h
38
杨秀军等基于运营安全性的沉管隧道火灾场景设计
续表
火灾热释
隧道名称
灭火系统
放率/MW
隧道特性
厦门翔安
20泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等
8.695km,双向6车道,两行车主洞加服务通道,设
海底隧道
计时速80km/h
青岛胶州湾海底隧道20固定水成膜泡沫灭火、消火栓等7.8km,双向6车道,两行车主洞加服务通道,设计
时速80km/h
钱江隧道
50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等4.45km,双向6车道盾构隧道,设计时速100km/h
东京湾海底隧道50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等9.5km,双向4车道盾构隧道,设计时速80km/h
港珠澳大桥沉管隧道50泡沫水喷雾联用灭火系统、消火栓等6.25km,双向6车道沉管隧道,设计时速120km/h
6隧道排烟量计算[6,89
m=0.016(2Q)z
符号意义同上。
火灾工况下为保证人员疏散安全性,需要有效6.2国外排烟量计算方法
地排出火灾产生的烟雾。沉管隧道一般采用重点
国外对隧道排烟进行了较为系统的研究,对不
排烟系统(见图3),为达到火灾工况下控制隧道内同类型隧道排烟量给出了推荐值。美国NFPA502
烟雾扩散的目的,需要确定合适的排烟量。下面将给出了不同类型隧道火灾的排烟量推荐值,见表2。
分别介绍国内外关于隧道排烟量的计算方法。
表2美国隧道通风需求(NFPA502,2004)
火源类型火灾当量/MW排烟量/(m3·s-1)
小客车
5
20
巴士
20
60
油罐车
100
100~200
图3隧道重点排烟系统示意图
另外,奥地利等国家也对不同通风类型隧道的
6.1国内排烟量计算方法
排烟量进行了阐述。
依据《建筑防排烟技术规程》(DGJ08-88
2006),隧道排烟量的理论计算值可采用轴对称型7设备在火灾工况下的安全性34
烟羽流的烟气生成量与墙端烟羽流的烟气生成量。
设备在火灾工况下的安全性有两层含义:
(1)轴对称型烟羽流模型
(1)排烟设备,如排烟风机(轴流风机、射流风
0.032Q
z≤z
机)、电动排烟口等设备需要在火灾工况下人员疏
M0.071Q+0.0018>1
散及灭火阶段正常运行。根据《公路隧道通风照明
式中M羽流质量流量,kg/s;
设计规范》(JTJ026.1-1999)射流风机需要在250
Q火源的对流热释放速率,kW;
℃下正常工作1h。在一些要求较高的隧道,要求
z1火焰限制高度,m,z1=0.166Q;
400℃下至少能正常工作2h
z燃料面到烟气层底部的高度,m。
(2)隧道内的悬挂设备,如射流风机、可变情报
(2)墙端烟羽流模型
板等在人员疏散阶段要具备一定耐火性能且不能
当z>z1时,轴对称羽流在高度z处的烟气的坠落。
生成速率可计算为
8隧道灭火压制措施[10
m=0.0355(2Q)+2++0.0018Q
火灾工况下排烟控制策略主要有以下4个
当z=z1时,轴对称羽流在高度z处的烟气的方面:
生成速率可计算为
(1)通过火灾报警系统以及视频事件检测系统
m=0.035Q
确定隧道内火灾发生的准确位置。
当z

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