国内外隧道防火技术现状及发展趋势

国内外隧道防火技术现状及发展趋势

1、概述

随着工程建设和交通事业的发展以及人类生产、生活的不断需求，世界各国所建交通隧道的里程得到丁迅速延长。据统计，2000年整个欧洲地区交通隧道网络总长超过10000km；我国在第二次全国公路普查中，县级以上公路隧道建设总长将近550km。近10年来，由于不断增长的交通流量和路况改善以及运输物品的复杂性，增加了交通隧道的火灾风险，引发了不少严重的火灾事故。例如1999年3月24日发生在法国和意大利之间的MontBlanc隧道火灾，死亡41人，36辆汽车被毁；1999年5月29日发生的奥地利TauemMotorway隧道火灾，死亡12人，伤50人；2000年11月11日奥地利卡布伦山过山缆车火灾，死亡155人，伤18人。

隧道火灾不仅严重威胁人的生命和财产安全，而且对交通设施、人类的生产活动造成巨大的损坏。因此，各国近20年来都投入了相当的力量对隧道的火灾行为，以及火灾防护进行了较广泛的研究，并取得了一定成果、制订了一些技术要求和标准。

交通隧道一般包括公路隧道、铁路隧道和地铁隧道及城市其他交通隧道等。不同类别的隧道在火灾防护上没有本质的区别，原则上均应根据隧道允许通行的车辆和货物来考虑其可能的火灾场景，从而确定合理、有效的消防安全措施。根据有关研究，公路隧道的火灾风险为铁路隧道的20—25倍。因此，本文在分析、总结国内外相关研究的基础上，主要针对我国公路隧道和城市交通隧道的消防安全设计、研究及其发展提出了一些看法。

2。国内外隧道防火研究现状

20世纪80年代以来，国外在以下几方面开展了研究：车辆的燃烧特性、模拟通风对车辆燃烧的影响、烟气增长、用木垛火与庚烷火模拟正常火灾荷载的比较、烟气中有毒成分生成量分析、隧道内火灾增长和烟气运动数值模拟技术、隧道内衬在火灾中的表现、驾驶人员在隧道内的心理与行为及相关影响因素、消防救援方法与策略以及自救原则等。研究认为：隧道火灾规模主要取决于通行车辆的类型。隧道内部可达到的温度及火

灾荷载可见表1。

车辆类型最高温度℃ 最大热释放速率（MW）

小汽车 400-500 3-5

公共汽车 700-800 15-20

载货卡车（油槽车除外） 1000-1200 50-100

我国也在隧道的烟气数值模拟、衬砌承载力评估、隧道内温度场分布等方面做过大量研究。

2．1 国内外在隧道设计方面的技术要求及标准

在国内，目前有1992年发布的国家现行标准《地下铁道设计规范》(正在修订)；1985年发布的铁道部现行标准《铁路隧道设计规范》；1989年发布的交通部现行标准《公路隧道设计规范》(正在修订)。这些标准分别对地铁、铁路隧道和山岭公路隧道的防火与疏散做了部分规定，但均不够完善，并且未对城市区域内的交通、观光游览隧道的防火设计做出规定。目前，国家标准《建筑设计防火规范》正增补有关城市交通隧道(地铁除外)的防火设计要求。

在国外，荷兰编制了《TNO报告98—CVB—R1161隧道防火》以及TNO测试标准《隧道防火测试方法》，规定了隧道的火灾场景确定方法与相关消防安全工程设计方法以及隧道结构的耐火测试方法。德国1994年制订了《RABT公路隧道设施及运行准则》，其中对隧道中火灾规模做出了规定；1995年又制订了《ZTV—隧道，关于公路隧道建设补充技术条款及准则》，其中第10章“建筑防火”规定了隧道内的升温曲线以及建筑结构及其内部系统所应采取的防火措施。英国制订了《BD78/99，公路及桥梁设计手册》，用于指导运用消防安全工程方法对隧道进行防火设计。美国消防协会制订了《NFPA 502公路隧道、桥梁及其他限行公路标准》，其中规定了不同类型隧道的消防要求，并要求长度超过240m 的隧道应根据特定隧道的设计参数(如长度、横截面、分级、主导风、交通流向、货物类型、设计火灾参数等)，采用工程分析方法设计其通风设施。日本则制订了《日本建设省道路隧道紧急用设施设置基准》，该基准按公路隧道长度及汽车交通量将隧道进行分级，并根据不同等级规定了公路隧道的火灾防护要求。

2．2 国外对隧道结构测试的几种升温曲线

尽管各国在测试建筑构件的耐火极限方面一直采用IS0834国际标准规定的温度—时间曲线，但研究表明，像汽车燃料和车辆所运载的石油化工产品、液化石油气等碳氢化合物或其他化学物质的燃烧释放率、火场温度梯度与可能达到的最高环境温度与该升温曲线所描述的情况有很大差异。因此隧道内的结构设计与耐火保护就需要与这种情况相适应。为此，欧洲各国发展了一系列不同隧道火灾类型的时间/温度曲线(如图1所示)。

RWS曲线是在1979年在荷兰TNO实验室的研究结果基础上研究出来的。它假设在最不利的火灾情况下，潜热值为300MW燃油或油罐车持续燃烧120min，并假设120min后消防人员已经将火势控制，接近火源并开始熄灭火源。该曲线主要模拟油罐车在隧道中的燃烧情况，最初温度迅速上升，接着随着燃料的减少而逐步下降。

在瑞士，由于山岭隧道更长而且远离消防队，采用RWS曲线时，设计时间则延长到180min。此外法国采用的隧道升温曲线与RWS类似，只是其最高点温度为1300℃。

碳氢化合物燃烧曲线主要模拟火灾发生在较为开放的地带，热量可以散发。

RABT曲线是在德国通过一系列的实验的研究结果发展而来的，如尤里卡(EUREKA)项目。该曲线假设火场温度在5min之内快速升高到1200℃，并在持续较短时间后冷却110min。该曲线模拟一场简单的卡车火灾的升温状况，但针对一些特殊的火灾类型，最高温度的持续时间也可延长到60min或更长的时间，然后冷却110min。

3。隧道火灾场景及火灾发展

近20年来，国际上已经进行了大量的研究来确定可能发生在隧道以及其他地下建筑中的火灾场景和火灾类型，有些是在真正的、废弃的隧道中和实验室条件下进行。研究表明，公路隧道火灾在起火后10—15min之内热释放速率快速增长，温度急剧上升，大部分火灾在5-10min之内即可达到1000℃以上。隧道火灾场景主要取决于交通工具的类型。

火灾的热量输出以热辐射为主，并决定温度；而烟气层的热散失则以对流为主，对温度影响很小，因此在高温时得到的热量总是超过散失的热量。由于隧道是一种相对封闭的地下结构，大多数热量被隧道顶、壁吸收。同时，热的烟气层和顶壁通过辐射将热传递给火焰而加剧火灾的发展速率。所以隧道火灾如果不能在引燃阶段扑灭，会很迅速地形成完全发展火，并伴随着急速升温。