长大海底隧道通风防灾

灾时，列车停在定点位置），以进行全面的灭火救援、通风排
烟工作
青函隧道在龙飞、吉冈（斜井和竖井之间）设了两个定点
17
4 疏散救援技术
服务于防灾救灾的标志、标识设置
对于长大海底隧道，在灾害发生后，为了便于司乘人员能 够迅速、合理的疏散，在设置逃生通道等标志、标识时要充 分考虑人员的逃生需要，体现“以人为本”的精神。
1999年，勃郎峰公路隧道火灾中，最高温度达到1000 ℃,大火持续了55 h，隧道结构受到严重损坏，拱顶局部沙化
26
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
2000年，瑞士圣哥达公路隧道火灾中，隧道内温度达到了1000℃，出事 地段隧道顶部塌陷，隧道内部分路段被烧毁
27
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
2001年，美国霍华德城市隧道火灾中，隧道
结构被严重破坏，火灾造成横贯隧道顶部直
径1 m的铸铁水管破裂
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
火灾对衬砌结构的损伤
爆裂
耐久性降低 力学性能劣化
1.2 1.0
0
内力变化及承载力降低 50 大变形
MR / kN.m
40 30 20 10 0 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 t / min
3
1 前言
长大海底隧道的防火安全是贯穿 设计、施工及运营的重要问题：
对于跨江海长大隧道，作为交
通干道，交通量大、交通组成复 杂，火灾风险非常高
火灾会造成大量的人员伤亡，
带来严重的社会影响和经济损失 通风及防灾是决定长大隧道方
案可行性的关键因素
4
2 防灾安全标准及设计准则
在探讨隧道的防灾安全措施之前，一个重要的课题是确
隧道中，导致隧道内温度升高，不仅会造成隧道内设备发生故障，甚 至会造成衬砌结构的破坏，同时，极大恶化了隧道内的运行环境。
据英法海峡隧道的调查资料，当列车高速通过时，巨大的压力和空气阻力会使隧道 内的温度升高到49-55℃。
解决办法：
在两岸及人工岛设置大型冷却设备，由冷却设备为每条隧道的管 网循环系统提供冷却水，以降低隧道内的温度（参考英法海峡隧道的 方案） 辅以淋水和机械通风的方法予以降温
结构的安全性。
21
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
2005年上海市地铁某标段盾构隧道进行旁通 道冷冻法施工前的准备工作时，由于电焊工 不慎，引燃水箱内冷却塔中的塑料散热片，
引起火灾。火灾持续了约10 min。火源起向
下风侧约260 m，向上风侧约170 m隧道衬砌 管片表面被熏黑。造成约15 m范围内混凝土 管片受到轻度到中度损伤，损伤层厚度最大 达25 mm
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
1968年，德国汉堡莫尔费雷特（Moorfleet Tunnel）公路隧道火灾 中，隧道拱部和边墙混凝土发生了严重的爆裂
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
1984年，英国萨米特（Summit Tunnel）铁路隧道火灾中，隧道内 最高温度达到1500℃，1900 m范围的隧道衬砌受到了火灾损坏，其
够及时的进行扑救，需对隧道内的疏散实施、疏散逃生方案
作出周密的考虑。
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4 疏散救援技术
疏散通道的设置
参考目前国内外跨江海隧道疏散通道的设置情况，从疏散
逃生的角度考虑，长大海底隧道可采用如下几种方式： （1）建设专用的服务隧道供疏散逃生使用
（2）在运营隧道间设立横向联络通道（包括人行横通道及
车行横通道）
o
Elastic modulus 600 800
80
90 100 110 120
29
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
火灾严重降低了衬砌结构的安全性，威胁隧道日后 的安全运营 由于衬砌混凝土的力学性能劣化、爆裂引起的衬砌 截面厚度减少以及地层压力的作用而造成隧道垮塌 对于处于高水压、软弱地层的盾构隧道，火灾还可 能导致隧道密封及防水失效，使得隧道发生渗漏、涌 水，对隧道造成毁灭性的灾害
火灾场景是进行隧道防灾设计的基础性条件。 通过对各种事故发生可能性及后果的分析，建立长大海底 隧道若干可能的火灾场景，为隧道工程防灾减灾设计中确定火 灾规模、持续时间、最高温度、分布模式等提供合理的参数。
1400 1200 1000
6 5 3 2 1
温度 / oC
冷 却 冷 冷
1 2 3 4 5 6 ISO834/BS476 Eurocode HC Rijkswaterstaat(RWS) RABT/ZTV HCinc Runehamar
12
3 运营通风与火灾通风排烟
火灾工况下的通风排烟
对于采用盾构法修建的长大海底隧道，可考虑利用隧道
顶部富余的拱形空间作为专用排烟道，按火灾点位置将烟气 就近迅速排除。
上海长江隧道通风设施
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4 疏散救援技术
对于长大海底隧道，当发生火灾等紧急情况时，为了使得 隧道内的人员能够安全、迅速的撤离，同时消防救援人员能
Tfmax=600 C Tfmax=800 C Tfmax=1000 C
跨海隧道衬砌结构防火保护技术
衬砌管片的损伤形式；管片、手孔（嵌缝槽）的防火保护技术
（同济大学）
35
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
跨海隧道衬砌结构防火保护技术
衬砌管片的损伤形式；管片、手孔（嵌缝槽）的防火保护技术
普通混凝土
Temperature / C
o
1000
800
30 min 25 min 20 min 15 min
o
-1.2 -1.6 30 t / min 40 50 -2.0 60
MR(45 ) MR(135o)
o
0
10
20
（同济大学）
33
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
上海地铁盾构隧道衬砌管片1：1火灾试验
衬砌参数：
外径：6.2 m 厚度：350 mm
C50，S10
（同济大学）
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
因此，非常有必要针对长大海底隧道的 特点，开展衬砌结构火灾安全性及防火保护 技术研究，以期用较经济的方法使得衬砌结
构体系在火灾高温下具有较高的安全等级。
30
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
跨海隧道衬砌结构混凝土火灾高温时、高温后的物理 力学性能
强度、弹性模量、抗渗性能等研究。
1.2 1.0
中严重破坏的范围为395 m
24
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
1996年，英法海峡隧道（Euro Tunnel）火灾 中，600 m～700 m长一段衬砌受到不同程度
的损伤，其中最严重的50 m范围内原本厚45
cm的衬砌管片混凝土剥落深度达30～40 cm
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
降温阶 段
Tfmax=1100 oC,RC环 ,LC2 MR(0o) MR(90o) MR(180 )
o
MR(45o) MR(135o)
σ T/σ
0.8 0.6
NC SFRC PPFC Uniaxial compressive strength
ET/E0
0.4 0.2 0.0 0 200 400 T/ C
对灾害损失的可接受程度
根据当前的经济水平及对灾害损害的接受程度，确定合理 的防灾等级及安全标准。
7
3 运营通风与火灾通风排烟
运营通风是长大海底隧道建设需解决的关键问题之一。
隧道的通风方案直接影响工程的可行性、初期投资规模、
后期运行费用及长期运营服务水平。
英法海峡隧道通风系统 8
3 运营通风与火灾通风排烟
长大海底隧道通风防灾 若干问题探讨
朱合华 闫治国 同济大学
2008/12/21-23
主要内容
1 前言
2 防灾安全标准及设计准则
3 运营通风与火灾通风排烟
4 疏散救援技术
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
6 结语
2
1 前言
火灾是影响隧道安全运营的重要因素。
典型案例： 1994年丹麦大海峡隧道火灾 1996年英法海峡隧道火灾 1999年法意间勃郎峰公路隧道火灾 2002年中国猫狸岭隧道火灾 2002年法国巴黎A86双层隧道火灾 ......
做出应急措施，确保救灾小组各尽其职，顺利抢险救灾。
海底隧道火灾疏散逃生模拟分析 20
5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
由于隧道火灾升温速度快、达到的最高温度高（1000 ℃以上 ）、持续时间长、温度在隧道断面上分布不均匀，大量的火 灾实例表明，大火除了对隧道内的人员、设备造成巨大伤害
外，还对衬砌结构产生了不同程度的损伤，严重降低了衬砌
上海长江隧道联络通道 15
4 疏散救援技术
（3）对于采用盾构法修建的长大海底隧道，也可充分利用行车
道以下的空间形成纵向逃生通道，该通道通过逃生楼梯或滑梯与 行车区间连接
日本东京湾海底隧道行车道板下的安全通道 16
4 疏散救援技术
（4）对于台湾海峡隧道，如采用穿梭列车的运行模式，也可参 考日本青函隧道的做法，在隧道内一定位置设立“定点”（火
逃生口信息提示板（奥地利Schartnerkogel隧道）
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4 疏散救援技术
服务于防灾救灾的标志、标识设置
火灾发生后需禁止车辆再进入事故隧道，可在隧道入口 用激光在水幕上打出禁行的标志。
火灾时隧道入口处禁止进入的信息显示
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4 疏散救援技术
数字化应急疏散预案
基于数字化应急预案，计算机将自动提示各部门相关人员
800 600 400 200 0 0
却
阶
段
却
阶
段
4 4 4
阶
段
20
40
60 80 100 时 间 /min
120
140
160
（同济大学建立的隧道火灾场景设计方法） 6
2 防灾安全标准及设计准则
隧道内各设施的灾害承受能力评估
基于建立的可能火灾场景，对长大海底隧道内各设施的灾 害承受能力进行评估，明确其损失程度。
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3 运营通风与火灾通风排烟
火灾工况下的通风排烟
长大海底隧道发生火灾时，由于火灾热烟气（火风压）的
影响，再加上活塞风丧失、通风边界条件改变（横通道开启、 竖井关闭或开启、排烟通道开启等），使得隧道内的烟气流
动蔓延非常复杂。
需结合隧道安全等级、防火区段划分、横通道设置、可能 排烟路径、人员疏散方案等情况，进行深入的研究。
（2）通风控制模式：基于人工智能的多源多传感器数据
融合技术 充分利用CO浓度、隧道内能见度、风机运行状态、隧道环
境状态等信息，提高隧道通风控制系统的智能化水平和运行
效率，达到节能降耗的目的。
报警主站
控制器的原理框图
பைடு நூலகம்10
3 运营通风与火灾通风排烟
隧道内温升及运行环境
运营期间，汽车废气、摩擦、空气阻力等产生的热量都会排放到
0.6 0.5 0.4 0.3
em/ m
LC2,Tfmax=1100 C RC Segment PV/Pu0=0.15 RC Segment, PV/Pu0=0.55 SFRC Segment, PV/Pu0=0.15 SFRC Segment, PV/Pu0=0.55
o
0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Nm /kN
长大海底隧道合理的运营通风模式
（1）通风方式：射流风机＋中间竖井分段纵向通风模式
或辅以中间服务隧道的通风模式 由于一般都是稀释烟雾的需 风量占控制地位，因此，可 将静电除尘系统引入通风系 统中，以有效降低隧道内烟 雾浓度，降低通风设备的运
行能耗。
静电除尘装置原理 9
3 运营通风与火灾通风排烟
长大海底隧道合理的运营通风模式
定合理的防灾安全标准。
长大海底隧道内可能的火灾场景 防灾 安全 标准 对灾害损失的可接受程度
细化的设计准则: 如应急照明、通讯、排烟设施、灭火系统、报警 设施、逃生通道、防灾分区设置、疏散逃生救援预案等的配置要求
隧道内各设施的灾害承受能力评估
5
2 防灾安全标准及设计准则
长大海底隧道内可能的火灾场景
em=0
（同济大学）
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
跨海隧道衬砌环火灾高温时（高温后）的力学性能、 承载能力、破坏模式、破坏机理
15 10 5
MR / kN.m
MR(180o)
0.8
MR180 / kN.m
0.4 0.0 -0.4
0 -0.8 -5 -10 -15
Tfmax=1100 oC,RC环 , LC1 MR(0 ) MR(90o)
σ T/σ
0
0.8 0.6
NC SFRC PPFC Uniaxial compressive strength
ET/E0
0.4 0.2 0.0 0 200 400 T/ C
o
Elastic modulus 600 800
（同济大学）
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5 衬砌结构火灾安全性与防火保护技术
跨海隧道衬砌管片、接头火灾高温时（高温后）的力 学性能、承载能力、破坏模式、破坏机理研究