公路隧道火灾疏散研究

公路隧道火灾疏散研究

刘旺

重庆交通大学 交通运输学院 重庆 400000

摘  要：随着我国公路隧道的蓬勃发展，社会对隧道安全提出了更高的要求，当隧道发生火灾时，产生的高温烟气对被困人员造成极大的危害。因此，当隧道发生火灾时，及时疏散隧道内被困人员是最紧要的问题，制定相关的应急疏散方案显得格外重要。本文以隧道火灾烟气扩散情况，以及对人员的伤害展开，提出火灾工况下的车辆疏散策略，同时总结了人员疏散的改进措施，为制定隧道火灾疏散方案提供依据。

关键词：公路隧道；火灾烟气；车辆疏散

0 引言

随着交通运输业的蓬勃发展，公路隧道项目日益增多，截至2020年底，全国已建成各种类型的公路隧道21316处、2199.93万延米，其中包含特长隧道1394处、623.55万延米。同时我国道路汽车保有量也逐年上升，隧道内行车密度相对增大，再加上隧道内特种电气设备较多，发生交通事故容易引发隧道火灾，并且由于隧道较为封闭的结构，一旦发生火灾，将会造成巨大的社会影响和经济损失。公路隧道发生火灾后，火灾释放的热量以及高温烟气会对人体造成巨大的危害，同时高温还会对隧道的衬砌结构造成破坏。火灾产生的高温烟气会危及隧道内人员的安全，容易造成窒息、烧伤和中毒等事故。因此，对隧道火灾烟气分布的研究早已引起国内外的高度重视。

隧道火灾产生的高温烟气对人体造成不可逆的伤害，国内外学者针对烟气做了很多的研究，Woodburn等[1]采用CFD数值模拟的方法，分析了纵向通风情况下隧道火灾烟气的蔓延规律，发现烟气扩散距离与风速的大小、火灾热释放速率有关，以及模拟中所用的瑞流模型也有关。Bari等[2]采用射流风机进行纵向通风的隧道中公共汽车火灾进行了CFD模拟，分析了烟气扩散的情况，总结了烟气中各污染物的浓度分布情况。崔喆等[3]利用模拟实验的方法对隧道火灾进行了研究，详细得出了坡度、火源功率、阻塞比对隧道火灾临界风速、温度场分布以及烟气场分布的影响。

1 隧道火灾烟气蔓延特性

由于公路隧道相对封闭、通风受限的特点，无纵向通风的情况下一旦发生火灾，火源附近与周围环境产生很大的温度差，同时火源周围空气温度快速升高，空气膨胀，与周围环境形成较大压力差，火灾产生的高温烟气迅速向隧道两端扩散，危及火源上游的被困人员。因此，当隧道发生火灾时，需要在火源上游方向进行纵向通风，保障上游被困人员有足够的时间和空间进行紧急疏散。对于火灾工况下的纵向通风，风速的大小成为关键性因素，风速太小不足以阻止高温烟气向火源上游扩散，能阻止烟气沿火源上游方向扩散的最小纵向通风风速被定义为临界风速，隧道火灾工况下，纵向通风风速采用临界风速能控制烟气无法逆流至火源上游，对隧道被困人员的疏散有极大的帮助。同时隧道横断面、火源功率、阻塞情况、隧道纵坡等多种因素也影响着临界风速的大小，因此对隧道火灾临界风速的研究显得格外重要。目前大多学者采用FDS（Fire Dynamics Simulator）数值模拟的研究方法，对隧道火灾进行数值模拟，研究影响临界风速的多种因素，主要针对不同坡度、阻塞比、火源功率等对临界风速的影响。根据《公路隧道通风设计细则》，临界风速推荐值如表1所示。

表1 火灾临界风速

隧道发生火灾对火源上游人员的危害极大，且主要是高温烟气扩散导致，因此，火灾工况下，研究烟气蔓延特性有很大的意义，通过不同火灾工况，得到烟气扩散的不同情况，比如有害气体沿火源上游扩散的长度和浓度随时间的变化情况，有助于总结烟气蔓延规律，进而制定相应的人员疏散方案，保障人员在安全时间内迅速撤离。

2 隧道火灾疏散

当隧道发生火灾时，人员是否能安全逃生是疏散方案的第一准则，应当制定相应的疏散方案，将火灾事故的伤害降到最低。封闭的隧道内发生火灾，烟气会迅速沿着隧道蔓延，如何快速远离起火隧道是疏散人员的关键。

2.1 隧道火灾车辆疏散策略

隧道发生火灾时，在条件允许的情况下，通过驾驶车辆逃生是一种较快的疏散方式。隧道发生火灾造成交通拥堵时，火源下游车辆受到的影响不大，基本可以自由通行。而火源上游的车辆，根据隧道种类和火源位置不同，车辆疏散的方式也不同。本文仅针对双洞单向隧道进行讨论。无车行横洞的隧道，由于车辆拥堵无法向隧道出口行驶，同时掉头也无法采取，人员应尽快弃车逃离隧道。设有车行横洞的双洞单向隧道，当火灾发生时，应立即禁止车辆驶入隧道，位于火源下方的车辆以及未发生火灾一侧的隧道内车辆均加速驶离隧道；位于火源上游且与火源之间有车行横洞的车辆应依次通过车行横洞驶入对向隧道，从而离开隧道；位于火源上游，而与火源之间无车行横洞的车辆，或者隧道内交通已经严重拥堵，车辆无法在短时间内通过车行横通道，应尽快弃车通过人行或车行横通道逃离至安全隧道。

2.2 隧道火灾人员疏散

隧道内发生火灾时，很多情况下无法采用车辆疏散，或车辆疏散不彻底时，人员疏散就显得格外重要，采用人员疏散时就必须满足人员可用安全疏散时间大于人员所需安全疏散时间。一方面，采取相应措施通过增加人员可用安全疏散时间，有助于人员安全疏散，比如改善隧道内火灾工况下的通风控制策略，这部分需要以火灾烟气蔓延特性为切入点，通过改善通风方案，增大纵向通风风速达到临界风速，使火灾产生的高温烟气向火源上游扩散速度和范围减小，保护火灾上游被困人员。另一方面，缩短人员所需安全疏散时间，可采用手段很多，人员自身方面，通过疏散培训，减少人员反应时间，增大人员疏散速度。改善外在条件也能加快人员疏散，比如通过布设相应疏散诱导设施，使人员有明确的逃生方向。通过以上措施均可以减少隧道发生火灾时人员疏散的危害。

3 总结

本文概述了公路隧道发生火灾时，火灾产生的高温烟气对人员造成的危害，火灾工况下，高温烟气的扩散规律，以及如何在火灾工况下制定相应的车辆疏散策略，同时提出人员疏散方面的一些改进措施，以此减少隧道火灾对人员造成的伤害，为后续研究公路隧道火灾疏散做基础分析。

参考文献：

[1]Woodburn P J,Britter R E.CFD Simulations of a Tunnel Fire-PartⅠ[J].Fire Safety Joumal,1996,26:35-62.

[2]Bari S,Naser J.Simulation of Smoke From a Burning Vehicle and Pollution Levels Caused by Traffic Jam in a Road Tunnel[J].Tunnelling and Underground Space Technology,2005,20:281-290.

[3]崔喆,张生瑞.特长公路隧道火灾数值模拟[J].公路,2017,5.

[4]陈明仙,许贵贤.海底隧道火灾车辆疏散优化模型研究[J].长沙大学学报,2018,5(32):5-9

[5]梁平,兰馨,龙新峰.公路隧道火灾的模型试验与数值模拟分析[J].中国西部科技,2008(33): 1-3+6.