城市交通隧道消防安全设计

城市交通隧道消防安全设计浅析

摘要：近年来，我国城市交通隧道的不断增加，给隧道的消防安全带来了挑战。国内外交通事故所造成的危害引起了各国对隧道消防安全问题的高度重视。文章总结和分析了国内外对隧道火灾的研究，进而提出了加强城市交通隧道消防安全设计的一些建议。

关键词：城市交通隧道；消防安全；防火技术设计

一、概述

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。近年来，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mont blanc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tauern motorway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。

二、隧道的防火技术设计

在公路隧道防火设计中主要应考虑结构耐火和防坍塌，降低隧道内的材料的燃烧性能，设置火灾探测与报警、监控信号系统，规划与设置分隔、救援、疏散和避难应急系统以及烟气控制系统等。

（一）隧道的结构保护

隧道内的火灾往往持续时间较长，如mont blane隧道火灾持续55h， 36辆车被卷入火灾。研究表明，混凝土结构表面受热后，会

产生爆裂现象，且在混凝土底层冷却之后，还将会出现深裂纹。结构的荷载压力和混凝土含水率（包括物理水含量和分子结合水）越高，产生爆裂的可能性越大，即使在混凝土配料中加入聚丙烯纤维也不会有明显改善。未经保护的混凝土，如果其质量含水率超过3%，在遇到高温或火焰作用后5～30min，内就会产生爆裂，深度甚至可达40～50mm。这是造成隧道跨塌的主要原因。一般在150℃～200℃时，混凝土表面开始爆裂。混凝土发生爆裂后，不仅直接威胁救援与逃生，还会使增强钢筋直接暴露在火灾中，减少承载结构的横截面面积。

因此，隧道结构耐火设计应考虑其内部可能达到的最高温度、升温特性以及结构体的火灾行为，确定相适应的设定火灾规模与时间—温度曲线，能保证隧道结构在所规定类型火灾条件下的完整性与稳定性。

（二）通风及防排烟

根据隧道火灾事故分析，由一氧化碳导致的死亡约占总数的50%，因直接烧伤、爆炸力及其他有毒气体引起死亡的约50%。通常，采用通风、防排烟措施控制烟气产物及运动可以改善火灾环境，并降低火场温度以及热烟气和火灾热分解产物的浓度、改善视线。

隧道通风主要有自然、横向、半横向和纵向通风四种方式。隧道内的通风系统在火灾中要起到排烟的作用，其通风管道和排烟设备必须具备一定的耐火性能。对于隧道通风设计，一般需要针对特定隧道的特性参数（如长度、横截面、分级、主导风、交通流向与

流量、货物类型、设定火灾参数等）通过工程分析方法进行设计。我国规定通行机动车的一、二、三级隧道应设置机械排烟系统，四类隧道可采用自然排烟方式。机械排烟系统可与隧道的通风系统合用，且通风系统应符合机械排烟系统的有关要求。隧道火灾避难设施内应设置独立的机械加压送风系统，其送风的余压值应为30～50pa。

（三）安全疏散与避难设施

人员在隧道内的正常疏散速度为1.5m/s，但在有烟气的情况下可能只有1m/s。一般人的极限辐射热耐受值为2～2.5kw/m2，消防人员在带有空气呼吸装置时的耐受极限为30min，5kw/m2。一般，160℃的烟气层的辐射热为2kw/m2，270℃的烟气层的辐射热为

5kw/m2。人员在疏散时的最高空气温度不应超过80℃，在此温度下的耐受时间约为15min。

避难设施不仅可为逃生人员提供保护，还可用于消防队员暂时逃避烟雾和热气的场所。在中、长隧道设计中，必须考虑人员安全避难所的设置，考虑通道的布置、隔间及空间的分配以及相应的辅助设施的需要。有些火灾表明，火灾时有些人虽已进入安全避难所，但由于热和烟气的泄漏，最终还是导致了死亡。因此，安全避难所的最低耐火极限除应与隧道结构的耐火极限一致，还应能够隔绝高热和阻止烟气进入，通常应考虑在这些区域设置独立的送风系统。

一、二、三类采用纵向通风方式的单孔隧道或一、二类水底隧道，应根据实际情况设置直通室外的人员疏散出口或独立避难所等避

难设施。

（四）自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统是建筑物内应用最广泛的一种灭火设施。但从现有试验和使用情况看，目前在公路交通隧道内应用自动喷水灭火系统及其有效性仍存在很大争议。一般，交通隧道内设置自动喷水灭火系统应充分考虑以下情况：

（1）隧道内的火灾通常发生在车辆的下部、车厢里或车辆的发动机部分，安装在隧道上部的喷头往往达不到灭火效果。

（2）从火灾引燃到喷头动作之间有一段延迟时间，隧道内快速增长的火灾使喷洒的细小水滴汽化而产生大量高温蒸汽，不但难将火灾扑灭反而会增加对逃生人员的危害性。

（3）隧道内部狭长，车辆行使形成的活塞风使热量和燃烧产物会沿着隧道快速蔓延，仅启动起火点上方的喷头往往不起作用。

（4）灭火系统动作后产生的冷却作用往往使沿隧道顶棚的热烟气层降低并破坏烟气分层。

（5）系统中喷出的水会使路面变得湿滑、危险，并可能导致可燃液体火灾进一步扩大。

（6）水源及相应排水系统、泵站，系统维护、电力保障等。

根据世界道路协会（plarc）的有关报告，大多数国家认为绝大多数隧道火灾发生于油箱和车厢内，自动喷水灭火系统作用不大。因此，在欧洲，自动喷水灭火系统仅用于特殊的目的。例如挪威有两条隧道中安装的自动喷水灭火系统是为了保护添加了聚亚氨酯

的隧道内衬。比利时、丹麦、法国、意大利、荷兰和英国的隧道则从不安装自动喷水灭火系统。在日本，只有10km以上的长隧道和3km以上且通行载重货车的短隧道要求安装自动喷水灭火系统。在美国，只有几条允许装载危险品的车辆通行的隧道安装了自动喷水灭火系统。nfpa502也建议仅当车辆运输危险货物时，才考虑采用水成膜泡沫雨淋系统。而我国《建筑设计防火规范》gb50016-2006对此未规定。现在比较认同的是:排烟速度> 6m/s 时，不能采用自动水喷淋系统。而隧道火灾时排烟速度一般> 6m/s。而常规的消防对策推荐自动水喷淋系统，很令人费解。

（五）其他消防设施

隧道中的其他消防安全设施主要包括：应急照明与信号系统、监控与火灾报警系统、通讯设施、消防栓、消防泵及灭火器等。

设计中是否采取某种系统以及采用何种类型的系统应视特定隧道的具体情况而定。例如，在选择自动报警系统时应考虑到感烟探头虽然比感温探头反应快，但由于隧道内车辆尾气排放影响，误报的可能性也较大。在奥地利，长度超过1500m的汽车隧道和流量高的隧道均设置了火灾探测器。瑞士、瑞典和日本也根据隧道情况要求设置火灾探测器。其他国家一般只在一些特殊的隧道内安装。而我国规定一、二类通行机动车辆的隧道应设置火灾自动报警系统，封闭长度超过1000m时，应设置消防控制中心。