隧道火灾控制技术的探讨

梅晓海

（上海市建设工程安全质量监督总站，上海 200023）

隧道火灾控制技术的探讨

梅晓海

（上海市建设工程安全质量监督总站，上海 200023）

隧道的快速发展迫使火灾控制的研究迫在眉睫.本文从火灾的两种消防技术着手，综述了近年的研究成果，包括PPV的机理、CFD仿真、倾斜隧道火灾的烟雾温度分布特性，以及各种消防水系统特性的对比，并在总结这些技术的同时针对上海隧道的特点提出了个人的观点和建议.

PPV；水喷雾；喷淋

1 国内外隧道火灾实例

随着社会的发展，隧道交通也迅速发展，有穿山越岭的铁路、公路隧道，有穿越江河湖海的水下隧道.给人类交通生活带来便利的同时，也由于自身狭长空间的特性，隧道一旦发生火灾，扑救十分困难，往往造成重大的人生财产事故后.历史上的国内外隧道火灾都是让人触目惊心.实例见表1和图1.

2 隧道火灾救援的难点[2]

2.1 迅速升温，快速蔓延.[3]隧道空间狭长，所以相比较其他类型结构，一旦发生火灾，温度骤然升高.高温的快速扩散[4]又会点燃隧道内其他的车辆，造成恶性循环.这些导致火灾可以在很短时间内蔓延到全隧道.

图1 某道路隧道火灾实景[3]

表1 近年隧道重特大事故一览表[1][2]

2.2 烟雾密度高，毒性大.隧道的狭长管状空间形态，以及火灾产生的热压和烟囱效应，使得相同隧道火灾产生的烟雾密度远大于其他类型火灾的烟雾密度.高浓度的烟雾极易造成人员中毒至死亡.而且烟雾也会导致低能见度，让救援人员无法辨识方向，无法有效控制火情.

2.3 营救、疏散难度大.除却隧道本身的结构特点外，随到的运营特性也造成人员的营救、疏散和逃生困难.相比矿井隧道等工业隧道，道路/公路/铁路隧道de1使用者属于普通市民，而非专业人员,没有足够的火灾应对训练和技能.隧道运营方往往也没有对火灾工况做好充分的应急预案.仅有部分欧洲隧道运营单位提供类似火灾自救手册的卡片.这些卡片提供了火灾时如何自救、紧急避难所的位置点、逃生路线、联络通信方法等.但是这些对于那些没有受到过正规的消防训练的普通市民来所，在火灾实际发生时是远远不够的.火灾的迅速发展和惊慌失措的人群往往会导致重大伤亡.

2.4 社会影响大，经济损失严重.隧道作为交通的咽喉，一旦发生火灾，无论当时的救援还是后期的修缮加固，都需要很长的时间和经济投入，对于现实社会生活的影响很大.比如1971年法国克洛次隧道火灾后经整修96天后才通车，1979年日本烧津隧道火灾单是火灾燃烧就持续了10天.

3 正压通风技术

隧道内火焰和烟雾迅速发展，大大降低了能见度，给救援造成了严重的困难.同时隧道内的温度随着火焰烟雾的发展快速上升到消防人员的防护设备难以接受的程度，从而使得消防人员无法有效的靠近着火点，更无法有效地灭火.最终这些因素将导致整个隧道很快就被烟雾、火焰和高温密布，使得整个火情失控.

鉴于此，国外除了有针对性的提高隧道建设时期的设计和建造水平之外，还在火灾救援过程中使用了PPV（positive pressure ventilation）技术，有效地提高消防的实际效果.PPV主要原理是将大功率风机安装在移动工具上（比如车辆），根据隧道截面面积和风机的风速流动特性，选择合适的距离，使得通风气流的有效风速面能等于隧道截面，从而能够“密封”住整个隧道.这样气流将从高压处（风机位置）流向低压处（下风口），气流也带动着烟雾、火焰和高温吹向下风口.

上海的隧道都属于越江隧道，不仅空间狭长，而且因为要穿越黄浦江/长江，不可避免的局部和全线都有一定的倾斜度.因此烟雾的上升运动，会沿着隧道上倾方向往高处蔓延，而不是均匀分布.倾斜角度越大，烟雾温度和分布差异越大[3,10].这种隧道发生的火灾，PPV技术优势非常明显：通过大功率的现场临时通风机产生强大的气流和风速，能够快速有效的压制住烟雾流动方向.

一旦形成了这样的强大气流，消防救援人就能直接接近着火点，而且路径可见度清晰，温度也大大降低，从而使得消防人员能够有效的快速的灭火.逃生人员也有了清楚地逃生途径和新鲜的空气，这就大大的提高了逃生的存活率.

瑞士的 Sachseln隧道[5]和 Habsburg隧道[6]，奥地利的Elsentanlerberg隧道[4]都使用了PPV技术，实践证明取得了良好的效果.对于我国那些设计标准不高的隧道，以及由于条件限制无法充分考虑消防救援设计的隧道，这种比较新型的PPV技术在火灾现场应能有效提高救援效果，降低人员死亡率.

图2 隧道倾斜角和烟雾温度[3]

4 消防水系统系列

喷水系统的技术发展迅速，常用的有喷淋系统、水喷雾系统以及泡沫水喷雾系统.

这些技术的主要消防机理是水滴（水雾）吸收了大量的火焰热量，大大降低了火灾区域温度.同时水滴的下落运动也“拉扯”火焰向上发展的趋势，有效地控制火情.

针对这些消防技术，国内外也作了相应的试验来考证实际效果，如下表2.

表2 三种消防水系统试验效果汇总

图3 消防水系统温度控制[11，12]

通过CFD仿真和模型试验来看，消防水系统的温度控制能够有效的保证高度2米以下的空间适当的温度，从而提高人员逃生的成功率.

从火情控制来看，三种系统都能够有效地控制火情.但是从综合效益来看，却各有不同.

喷水系统产生的水雾大大降低了隧道的能见度，这对于现场人员的施救是不利的，而且喷水系统用水量大，运营成本高.水喷雾系统的能见度虽然有所降低，但比起喷水系统要好很多，而且由于喷出的是细小水雾，运营成本低，但是水喷雾喷头一次性投入高，且容易堵塞.泡沫水喷雾系统系统效果最好，对于重型火灾（油罐、化学品）也能有效地控制火情，而且也不容易产生能见度降低的问题.但是主要成分泡沫价格昂贵，保质期不长，且喷嘴要求高，所以无论一次投入还是运营成本都很高.同时泡沫属于化学品有一定毒性，对环境有影响.

上海的越江隧道除了外环路隧道等少数外，其他都基本分布在市区，通行的车辆也以私家车和公共汽车为主，从火灾规模来说，一般在20MW[13].从上表中可以看出，综合消防特性和综合效益，不一定要选用泡沫水喷雾系统，而可以采用相对较经济的水喷雾系统，再辅助以对重型车辆（油罐车、化学品车）的交通管制.通过技术和管理双重手段，才能取得最佳的效果.

5 总结

PPV技术能有效地提高了隧道内的能见度，降低了烟雾毒害性；消防水系统有效地控制了隧道内的温度，抑制了火情的发展.结隧道的自身特性，综合技术性能和综合效益来选择者两项技术的应用，能提高隧道火灾时人员逃生的成功率，减少损失，从而有效的保障人民财产安全.

〔1〕象华.历史上的隧道火灾[J].山东消防，1999（7）.

〔2〕Duckworth I and M iclea P.,2007.Emergency Ventilation Systems Upgrade– A Journey from W ishful Thinking to Reality,Proceedings First International Tunnel Safety Forum for Road and Rail,Published by ITC Ltd,ISDN 1-901808-26-2,pages 37-46.

〔3〕W.K.Chow（1998）“On Smoke control for tunnels by longitudinal ventilation”,Tunneling and Underground Space Technology,Vol.13,NO.3.

〔4〕Juergen Bader，B-I-G,“Full Scale Tunnel Ventilation Test,Apply Positive Pressure Ventilation”,Elsentanlerbergtunnel,Klagenfurt,Kam ten,Austria，Oct 23 and 24,1995.

〔5〕Kanton Obwalden,Sarnen,Sw itzerland,“Final Report,Live Fire Training inside the A 8 High-W ay-Tunnel Sachseln（CH）”May 1997.

〔6〕Juergen Bader，B-I-G, “Test Report,Habsburgtunnel N 3,Effingen-Birrfeld,Sw itzerland”M ay 14,1996.

〔7〕Arvids,M.,”alternative fire sprinkle systems for roadway tunnels”international symposium on catastrophic tunnel fires,boros,Swden,Nov.2003.

〔8〕M inistry of Transport,Public W orks and Water M anagement of the Netherlands” Project‘Safety Test’ Report on Fire Tests” Aug.2002.

〔9〕Guigas,X,W eatheril A,and Bouteloup C“Water M ist Test for the A86 East Tunnel”The Second International Symposium on Tunnel Safety&Security,Madrid,Spain Mar 2006.

〔10〕G..T.Atkinson and Y.W u（1996）“Smoke control in sloping tunnel”，Fire Safety Journal,Vol.27.

〔11〕S Kumar,M Yehia:application of JASM INE to the modeling of vehicle fires in a channel tunnel shuttle wagon,in Porc.2nd international conference on the safety in road and rail tunnels,Granada Spain in 1995 p.321.

〔12〕S M iles,S Kumar,K Chong:development of a CFD methodology for predicting the combined effect of sprinkle and smoke ventilation in tunnel,in Proc.4th conference on tunnel fires,2002,Basel Sw izerland,p.329.

〔13〕National fire protection association,2008.NEPA 502,2008 edition,standard for road tunnels,bridges,and other lim ited access highways,published by the national fire protection association.

X9-A

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1673-260X（2011）10-0131-03