李斯亮

摘要：自然通風(fēng)隧道的安全距離設(shè)計(jì)主要考慮火災(zāi)情況下的人員逃生需要。本文將對(duì)自然通風(fēng)方式城市水平隧道的安全距離計(jì)算方法進(jìn)行研究，首先分析隧道火災(zāi)危害及安全距離定義，進(jìn)而采取實(shí)驗(yàn)研究方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定自然通風(fēng)水平隧道的極限長(zhǎng)度。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)方式;城市水平隧道;安全距離

前言

目前城市路面交通壓力不斷增加下，隧道負(fù)荷較高，需要考慮不同逃生速度下的安全距離設(shè)計(jì)需求，并采用科學(xué)的計(jì)算方法，確定安全距離理論計(jì)算值，為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供指導(dǎo)。

1自然通風(fēng)方式水平隧道火災(zāi)危害及安全距離定義方法

自然通風(fēng)隧道即未設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)的隧道，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣自由擴(kuò)散，在設(shè)計(jì)隧道長(zhǎng)度時(shí)，需要充分考慮人員逃生時(shí)間，確定最大安全距離。城市水平隧道即無(wú)明顯坡度的隧道，主要用于行人和汽車通行。在進(jìn)行火災(zāi)中的有害氣體擴(kuò)散研究時(shí)，不需要考慮隧道坡度變化。而且城市水平隧道無(wú)豎井和其他與隧道垂直的排風(fēng)口，只有隧道兩端與外界進(jìn)行通風(fēng)。

在自然通風(fēng)條件下，氣體自由擴(kuò)散速度決定了其排煙速度。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在未安裝通風(fēng)裝置或通風(fēng)裝置失效情況下，人員逃生最長(zhǎng)距離的2倍即自然通風(fēng)式水平隧道的最大安全距離。為保證安全距離設(shè)計(jì)的合理性，首先應(yīng)對(duì)隧道火災(zāi)傷害特點(diǎn)進(jìn)行分析。

隧道火災(zāi)傷害主要包括：（l）濃煙傷害，隧道火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣屬于物質(zhì)化學(xué)變化，隧道內(nèi)人員吸入濃度過(guò)高的煙氣后，會(huì)對(duì)身體狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響其逃生速度?；馂?zāi)煙氣的主要成分為CO2，會(huì)引發(fā)人體的咳嗽、呼吸困難等癥狀。（2）高溫傷害，隧道火災(zāi)會(huì)快速升高隧道內(nèi)溫度，其對(duì)人體的傷害為物理作用，會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)口干舌燥、肢體軟弱無(wú)力等癥狀，高溫和濃煙傷害的共同結(jié)果會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)昏迷甚至休克。

2城市自然通風(fēng)方式水平隧道安全距離設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究

2.1煙氣致死實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)上述隧道火災(zāi)傷害類型，分別進(jìn)行煙氣致死實(shí)驗(yàn)和高溫傷害實(shí)驗(yàn)。在煙氣致死實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，首先對(duì)隧道火災(zāi)的煙氣變化情況進(jìn)行模擬。隧道中的煙氣會(huì)維持在一定高度，并與正?？諝獬霈F(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。進(jìn)入燃燒衰退期后，距離火源50m意外的煙氣會(huì)出現(xiàn)明顯的沉降現(xiàn)象。因此，離開(kāi)火源50m范圍可以降低煙氣傷害對(duì)人員逃生的影響。在火源動(dòng)力與煙氣擴(kuò)散作用下，隧道排煙口的排煙強(qiáng)度會(huì)發(fā)生波動(dòng)，而且火災(zāi)發(fā)展和煙氣運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)受外界環(huán)境溫差影響較大，煙氣會(huì)流向溫度加高的排煙口。從人員忍受時(shí)間與溫度變化關(guān)系來(lái)看，如果溫度變化速度超過(guò)人員的忍受時(shí)間極限，則意味著人員無(wú)法逃生。其極限忍受時(shí)間即人員在對(duì)應(yīng)溫度下能夠堅(jiān)持的時(shí)間，因此，通常將溫度與極限忍受時(shí)間曲線稱為“死亡曲線”，可以根據(jù)其判斷是否會(huì)發(fā)生煙氣致死現(xiàn)象。

2.2高溫傷害實(shí)驗(yàn)研究

參考相關(guān)研究模型，假設(shè)隧道發(fā)生火災(zāi)后，75%的隧道內(nèi)人員是在接收到火災(zāi)報(bào)警信息后的15-40s時(shí)間開(kāi)始向外移動(dòng)。并假設(shè)隧道內(nèi)人員的正常疏散速度為1.5m/s，有煙氣情況下的人員疏散速度為1m/s。由于城市自然通風(fēng)方式水平隧道的火災(zāi)逃生環(huán)境較為惡劣，再考慮到人員逃生反應(yīng)速度的情況下，其逃生速度可能只有1m/s。根據(jù)不同條件下的人員逃生速度，分別繪制不同逃生速度下，隧道溫度與人員忍受極限時(shí)間關(guān)系。具體包括逃生速度v=1m/s、v=2m/s、v=3m/s、v=4m/s、v=5m/s情況下的隧道溫度與人員忍受極限時(shí)間關(guān)系。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及隧道安全距離理論計(jì)算結(jié)果

3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果來(lái)看，通過(guò)取平均值，將人員逃生速度為v=3m/s確定為人員逃生速度可能值。并根據(jù)煙氣濃度、隧道內(nèi)溫度、煙氣沿隧道內(nèi)擴(kuò)散速度、隧道內(nèi)能見(jiàn)度等影響因素分析結(jié)果，判斷人員在不同水平隧道距離設(shè)計(jì)下的逃生可能性。根據(jù)人體工程學(xué)研究情況，普通人的人體輻射熱通量不能超過(guò)2.5kW/m2，在隧道火災(zāi)模型下，煙氣層的溫度為180℃時(shí)，隧道內(nèi)人員人體輻射熱通量正好達(dá)到2.5kW/m2。換而言之，當(dāng)隧道內(nèi)的煙氣溫度超過(guò)180℃以后，煙氣對(duì)人體的輻射危險(xiǎn)將超過(guò)普通人的忍受極限，會(huì)對(duì)人體造成較為嚴(yán)重的傷害。而當(dāng)煙氣高度下降到能夠與隧道內(nèi)人員發(fā)生直接接觸的高度時(shí)，煙氣也會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害。此時(shí)溫度為100℃。如果能夠?qū)⑺淼纼?nèi)的火災(zāi)燃燒時(shí)的最高溫度控制在100℃以內(nèi)，則其輻射熱不會(huì)對(duì)人員造成致命傷害。

3.2隧道安全距離理論計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述分析結(jié)果，在對(duì)自然通風(fēng)方式城市水平隧道的最大安全距離進(jìn)行計(jì)算時(shí)，還需要考慮人員逃生時(shí)對(duì)有害氣體的容忍極限。隧道內(nèi)人員有害氣體容忍極限除了毒氣作用外，主要與能見(jiàn)度有關(guān)。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，在隧道火災(zāi)的煙氣環(huán)境下，保障人員能夠以正常逃生速度快速逃離的最低可見(jiàn)度為7m，識(shí)別指示標(biāo)記最低能見(jiàn)度為15m。在人員疏散和指示標(biāo)記識(shí)別最低能見(jiàn)度條件下，有害氣體濃度在隧道內(nèi)人員逃生忍受極限值以內(nèi)。因此，在理論計(jì)算過(guò)程中，實(shí)際上不需要考慮人體的有害氣體濃度忍受極限，只需要滿足疏散能見(jiàn)度和指示標(biāo)記識(shí)別能見(jiàn)度最低條件即可。由此計(jì)算的隧道火災(zāi)事故發(fā)生后5min安全疏散距離為400m。

基于上述實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算結(jié)果，主要對(duì)自然通風(fēng)方式城市水平隧道設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議：（1）應(yīng)充分考慮隧道火災(zāi)情景中人員逃生的綜合影響因素，合理計(jì)算最大安全距離，在不采用額外通風(fēng)措施的情況下，必須將隧道長(zhǎng)度控制在安全距離以內(nèi)，根據(jù)本文研究結(jié)果，不應(yīng)超過(guò)400m;（2）對(duì)于隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)400m的情況，則應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，配置隧道內(nèi)通風(fēng)和排煙系統(tǒng)，并設(shè)置通風(fēng)豎井，改善隧道火災(zāi)情況下的逃生環(huán)境;（3）應(yīng)積極采用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段，利用傳感器等裝置對(duì)隧道內(nèi)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并連接火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，提高火災(zāi)響應(yīng)速度，為發(fā)生火災(zāi)時(shí)的隧道內(nèi)人員逃生爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自然通風(fēng)條件下的城市水平隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)的逃生環(huán)境較為惡劣，通過(guò)對(duì)其安全距離進(jìn)行分析和確定，可以為相關(guān)隧道工程設(shè)計(jì)提供參考。通過(guò)合理設(shè)置隧道長(zhǎng)度，并做好配套的通風(fēng)和所在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效提高城市公路隧道運(yùn)行的安全性，將發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員傷害幾率降至最低，為城市道路安全提供保障。