上海长江隧道人员疏散模拟分析及安全性评价

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在国家 有 关 规 范 中,对 于 隧 道 长 度 远 远 超 过 3 000 m 的超长隧道疏散方式,并没有细分。显然, 对于超长隧 道,仍 然 采 用 以 上 疏 散 方 式,人 员 疏 散 的安全性将会降低。是否能够有效保证人员的安 全疏散,需要进行专门的消防性能化设计及人员疏 散分析,以确保人员疏散方案的可靠性。本文对上 海长江隧道人员疏散方案进行模拟分析,并进行初 步的安全性评价。
人员从控烟保证区域全部疏散完毕最多用时 20 min 52 s( 火灾车辆后方区域) ,因此要求排烟系 统的有效控烟时间应不少于该疏散时间。
表 3 人员疏散模拟计算结果汇总表
疏散区域
用时
火灾发生 ~ 疏散到控烟 保证区域用时
火灾发生 ~ 疏散 完毕用时
火灾车 辆后方
区域
D < 20 m 区域 20 m < D < 60 m 区域 60 m < D < 120 m 区域
火灾工况人员能否安全疏散主要取决于两个 特征时间,一是火灾发展对人构成危险经历的时间 ( 可用安全疏散时间 ASET) ; 二是人员疏散到安全 区域的时间( 所需的疏散时间 RSET) 。人员疏散分 析的作用就在于核算是否能保证在火灾达到危险 状态之前,将 全 部 乘 行 人 员 疏 散 到 安 全 区 域,即 保 证 ASET > RSET( 见图 2) 。
2 min。为保守起见,疏散模拟中假设隧道火灾所需 的报警时间迟滞为 2. 5 min。部分位于火源附近的 乘客,因看 到 事 故 发 生 可 以 立 即 疏 散,不 需 额 外 报 警时间。
3) 人 员 开 始 疏 散 时 所 需 时 间 设 定。 根 据 PIARC 的 研 究 报 告 显 示,乘 客 对 火 灾 警 报 做 出 反 应,并且采取疏散行动所需时间为 0. 5 至 5 min。靠 近火源愈近的乘客所需的反应时间愈短,因乘客可
第二逃生间距范围内逃生条件优于第一逃生间距。 处于第一逃生间距范围内人员将受到高温烟气威 胁,有生命危险; 处于第二逃生间距范围内人员无 生命危险( 老、弱、病、残除外) ,但将在有烟的环境 下疏散; 控烟保证区域内人员不受烟气威胁,可在 无烟的环境下疏散。 3. 2 火灾场景的假定
经分析,交通阻塞工况下队列中的车辆在连接 通道附近发生火灾时情况最为不利。因此,选取交 通阻塞工况下队列中发生火灾作为模拟场景。火 灾场景表述如下:
觉察到火灾时间
人wenku.baidu.com反应时间
5s
5s
2. 5 min
0. 5 min
2. 5 min
1. 0 min
人员开始疏散时所需时间 10 s
3. 0 min 3. 5 min
4 人员疏散分析
1) 计算模型。利用 STEPS 软件建立的三维空 间模型见图 4。
图 4 三维空间模型图
2) 人员疏散模拟计算结果。人员疏散模拟计 算结果见表 3。
图 13 火灾车辆前方区域 50 mw 火灾下耐受图
证区域,然后在无烟的环境下疏散。 ( 2) 火灾车辆前方 20 m < D < 60 m 区域人员,
在可用的安全疏散时间内( 5 min) ,约 35% 人员无 法达到控烟保证区域。经推算,行走速度最慢人员 在 5 min 时,也已经进入 60 m < D < 120 m 区域,即 处于第二逃生间距范围内,逃生条件优于第一逃生 间距范围。因此,该区域人员将在有烟的环境下逃 生,逃生速度减缓,不排除部分老、弱、病、残人士受 到烟气伤害,但无生命危险。
目前,在 公 路 隧 道 火 灾 疏 散 方 案 设 计 时,依 据 的主要国家标准是《公路隧道设计规范》、《公路隧 道交通工程设计 规 范》、《建 筑 设 计 防 火 规 范 》。 采 取的疏散路线主要有以下几类:
1) 沿隧道纵向,向两端峒口疏散。此类疏散方 式一 般 适 用 于 中、短 隧 道 ( 封 闭 段 长 度: L < 1 000 m) 。
图 3 阻塞情况火灾疏散场景
需要疏散的区域包括: 火灾点后方 60 m 控烟不 保证区域和两个连接通道间 830 m 范围的控烟保证 区域; 火灾点前方 120 m 范围内控烟不保证区域。 3. 3 疏散分析基本参数
1) 车辆及人员数量,根据上海长江隧道设计远 期交通预测数据确定。
2) 火灾报警时间设定。根据本隧道火灾报警 装置的设计,火灾报警装置启动所需要时间可达到
2011 年
地下工程与隧道
2011
第2 期
UNDERGROUND ENGINEERING AND TUNNELS
No. 2
上海长江隧道人员疏散模拟分析及安全性评价
刘文胜
( 上海市隧道工程轨道交通设计研究院)
摘 要: 针对上海长江隧道火灾疏散设计方案,采用 STEPS 软件对最不利工况模拟分析,根据模拟 结果进行安全性评价,并从运营管理角度提出合理化建议。 关键词: 隧道火灾疏散; 模拟分析; 安全性评价
2 min 20 s 4 min 4 s 处于保证区域
20 min 52 s
火灾车 辆前方
区域
D < 20 m 区域 20 m < D < 60 m 区域 60 m < D < 120 m 区域
3 min 43 s 5 min 44 s 5 min 15 s
10 min 50 s
5. 2 可用的安全疏散时间 ASET 1) 火灾规模为 20 MW 时可用的安全疏散时间
1) 20 MW 火灾规模耐受图及安全评估。
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第2 期
刘文胜: 上海长江隧道人员疏散模拟分析及安全性评价
从图 10 和图 11 可以看出,火灾车辆前、后方控 烟不保 证 区 域 人 员 在 可 用 的 安 全 疏 散 时 间 内 ( 6 min) ,能够全部疏散到控烟保证区域,然后在无烟 的环境下疏散。
ASET。根据火灾烟气分析结果,火灾规模为 20 MW 时,6 min 后控烟不保证区域的能见度将低于标准 的能见度( < 5 m) ,但其他烟气参数仍在耐受范围 内。因此,在 20 MW 的火灾规模下,控烟不保证区 域可用的安全疏散时间为 6 min。
通常排烟系统在高温烟气下的有效工作时间 不少于 60 min( 250 ℃ ) ,所以从控烟保证区域到疏
火灾发生在某连接通道附近,导致该连接通道 无法使用。非火灾故障车辆之前的车辆继续无阻 碍地前行( 远离受火灾影响的区域 /车内人员不处 于危险中) ; 非火灾故障车辆与着火车辆之间的车 辆由于阻塞不能前行,距离火灾点小于 120 m 区域 内的人员需要疏散; 着火车辆后方的车辆被迫停 车。靠近火源点的车上人员马上向远离火源点方 向疏散,其 他 车 上 人 员 在 火 灾 报 警 系 统 的 通 知 下, 逐步疏散,通 过 疏 散 楼 梯 到 达 下 层 疏 散 平 台,或 者 通过连接通道进入相邻隧道。同时中央监控系统 开启射流风机沿车行方向送风,阻止烟气向火灾点 上游蔓延,开启排烟系统排烟( 见图 3) 。
1 工程简介及疏散路径
上海长江隧道起于浦东五号沟,穿越长江南港 后至于长兴岛。隧道封闭段由浦东暗埋段,江中盾 构段和长兴岛暗埋段构成,长度分别约为 318. 5 m, 7 471. 7 m和 311. 0 m。隧道分为上下两层,上层为 公路交通层( 单管内为同向 3 车道) ,下层为预留轨
—6—
道交通层。公路交通层上下行线间设有 8 条连接通 道,间距约 830 m,连接通道高 2. 1 m、宽 1. 8 m。车 行道顶部为排烟风道,每隔 60 m 设置一个 2 m × 2 m的排烟风口; 下层中间区域为轨道交通行车线 路,沿列车 行 车 方 向 左 侧 设 置 纵 向 疏 散 通 道,疏 散 通道宽度约 1. 85 m。
综上所述,在 20 MW 火灾规模下,人员能够安 全疏散。
2) 50 MW 火灾规模耐受图及安全评估。 从图 12 可以看出,火灾车辆后方控烟不保证区 域人员在可用的安全疏散时间内( 5 min) ,能够全部 疏散到控烟保证区域,然后在无烟的环境下疏散。 从图 13 可以看出: ( 1) 火灾车辆前方 D < 20 m 区域人员,在可用 的安全疏散时间内( 5 min) ,能够全部疏散到控烟保
散完毕可用的安全疏散时间为 60 min。 2) 火灾规模为 50 MW 时可用的安全疏散时间
ASET。根据火灾烟气分析结果,火灾规模为 50 MW 时,5 min 时控烟不保证区域的能见度将低于标准 的能见度( < 5 m) ,9 min 时高温烟气的热辐射强度 达到耐受极限。因此,在 50 MW 的火灾规模下,控 烟不保证区域可用的安全疏散时间为 5 min。 5. 3 安全评估
( 4) 以上分析结果建立在既发生阻塞工况,同 ( 下转第 17 页) —9—
第2 期
唐国胜: 上海闵浦二桥公轨一体化设计综述
2) 通过两孔隧道间人行横通道疏散到相邻隧 道。人行横通 道 内 设 置 两 道 常 闭 防 火 密 闭 门。 此 类疏散方式一般适用于长隧道( 封闭段长度: 1 000 m < L≤3 000 m) 。
3) 通过两孔隧道间人行疏散通道疏散到地面。 人行疏散通道与隧道间设置常闭防火密闭门。此 类疏散方式一般适用于特长隧道( 封闭段长度: L > 3 000 m) 。
第2 期
刘文胜: 上海长江隧道人员疏散模拟分析及安全性评价
图 2 火灾发展与人员安全疏散时间示意图
3 人员疏散模拟边界条件设定
3. 1 排烟设计方案对人员疏散的影响 根据课题《长江隧道火灾烟气迁移规律及烟控
系统试验研 究 》的 研 究 结 论,公 路 交 通 层 采 用 纵 向 通风 + 重点排烟模式( 排烟口间距 60 m) ,火灾点上 风向开启一个排烟口,下风向开启 2 个排烟口即可 满足控烟要求,保证烟气层在 3 个排烟口外侧高度 不小于 2. 1 m,并且温度低于 50 ℃ 。据此将公路交 通层分为两类区域: 火灾点后方 60 m、前方 120 m 内区域为控烟不保证区域,其他区域为控烟保证区 域。同时定义火灾点两侧 60 m 范围为第一逃生间 距,火灾点前方 60 ~ 120 m 范围为第二逃生间距。
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地下工程与隧道
2011 年
看到火灾发生,并威胁到自身安全。而离火源愈远 的乘客所需反应时间愈长,通常是在听到疏散广播
信息或看到其他人员疏散时才采取疏散行动。本 模拟中人员开始疏散时所需时间见表 1。
乘客所在位置 离火源 0 至 20 m 离火源 20 至 60 m 离火源距离超过 60 m
表 1 模型中乘客开始疏散时所需时间
图 12 火灾车辆后方区域 50 mw 火灾下耐受图 图 10 火灾车辆后方区域 20 mw 火灾下耐受图
图 11 火灾车辆前方区域 20 mw 火灾下耐受图
从表 3 可以看出,人员全部疏散完毕最多用时 20 min 52 s,远 少 于 排 烟 系 统 的 有 效 工 作 时 间 ( 1 h) 。
5 公路交通层人员疏散的安全评估
5. 1 所需的疏散时间 RSET 不同区域人员所需的疏散时间见表 3。可以看
出,从火灾 发 生 开 始,控 烟 不 保 证 区 域 人 员 全 部 疏 散到控烟保证区域的最多用时是 5 min 44 s( 火灾车 辆前方 20 m < D < 60 m 区域) 。因此,可用的安全 疏散时间必须多于 5 min 44 s,否则,人员将受到火 灾烟气威胁,不能保证人员的安全疏散。
上层公路交通层与下层纵向疏散通道之间设 置疏 散 楼 梯,楼 梯 间 距 280 m,楼 梯 宽 度 最 窄 处 0. 7 m。对于公路交通层,疏散设施即为上下行线 间的连接通道和上下层间的疏散楼梯。公路交通 层疏散设施及疏散路径示意图见图 1。
图 1 公路交通层疏散设施及疏散路径示意图
2 人员安全疏散的判定标准
( 3) 火灾车辆前方 60 m < D < 120 m 区域人 员,在可用的安全疏散时间内( 5 min) ,约 35% 人员 无法达到控烟保证区域,但处于第二逃生间距范围 内,逃生条 件 优 于 第 一 逃 生 间 距 范 围。 因 此,该 区 域人员将在 有 烟 的 环 境 下 逃 生,逃 生 速 度 减 缓,不 排除部分老、弱、病、残 人 士 受 到 烟 气 伤 害,但 无 生 命危险。
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