鄧小華， 宋神友， 曹正卯， 張 琦

(1. 廣東省交通集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 510623； 2. 深中通道管理中心， 廣東 中山 528400； 3. 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

0 引言

深中通道工程是我國又一世界級(jí)“隧、島、橋、水下互通”集群工程，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工程規(guī)模、建設(shè)難度、工程復(fù)雜程度均為現(xiàn)今世界類似工程之最，且具有交通量超大、大貨車比例高、雙向8車道特長海底公路隧道、主線隧道與機(jī)場互通立交多次分合流、橋隧轉(zhuǎn)換長縱坡等突出特點(diǎn)，隧道運(yùn)營安全及防災(zāi)救援問題突出，對(duì)火災(zāi)排煙及應(yīng)急救援提出了極高要求。

對(duì)于水下隧道的火災(zāi)排煙與防災(zāi)救援研究，國內(nèi)針對(duì)港珠澳大橋沉管隧道、南昌紅谷水下隧道等典型工程開展了系統(tǒng)、深入的研究[1-2]。張甫仁等[3]依托港珠澳大橋沉管隧道開展了公路隧道側(cè)向集中排煙系統(tǒng)排煙效果研究，對(duì)排煙口參數(shù)、排煙風(fēng)量大小、縱向風(fēng)速等進(jìn)行了研究。王東偉等[4]針對(duì)南昌紅谷水下隧道立交區(qū)的通風(fēng)排煙組織開展了數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)，對(duì)臨界風(fēng)速進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[5-10]依托港珠澳大橋沉管隧道開展了大量的理論研究、數(shù)值計(jì)算、模型試驗(yàn)以及足尺試驗(yàn)，針對(duì)雙向6車道沉管隧道火災(zāi)排煙與防災(zāi)救援體系進(jìn)行了研究。

深中通道工程與港珠澳大橋沉管隧道具有較多相似之處，但深中通道規(guī)模更大，建設(shè)條件更加復(fù)雜，需要解決更多新技術(shù)、新問題。如港珠澳大橋沉管隧道為雙向6車道、單孔隧道凈寬14.55 m，采用傳統(tǒng)的側(cè)壁排煙方式可以解決火災(zāi)排煙問題，但深中通道橫向跨度更大的雙向8車道，標(biāo)準(zhǔn)段單孔凈寬18.3 m，漸變段最大寬度達(dá)46.0～69.8 m，傳統(tǒng)的側(cè)壁排煙方式在適應(yīng)性上有待進(jìn)一步研究。此外，深中通道的另一大特點(diǎn)為水下樞紐互通立交區(qū)，此區(qū)域分流、合流匝道較多，存在大縱坡、小曲率半徑、多節(jié)點(diǎn)等特點(diǎn)，對(duì)通風(fēng)組織及火災(zāi)排煙提出了更高的要求。

本文針對(duì)深中通道在火災(zāi)排煙與防災(zāi)救援方面出現(xiàn)的新問題、新挑戰(zhàn)，對(duì)雙向8車道超寬斷面沉管隧道的火災(zāi)排煙方案、防災(zāi)救援體系等方面進(jìn)行探討。

1 工程概況

深圳至中山跨江通道工程(簡稱“深中通道”)全長約24 km，采用雙向8車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是世界上首例集超寬超長海底隧道、超大跨海中橋梁、深水人工島、水下互通“四位”一體的集群工程，采用了世界首例雙向8車道鋼殼混凝土沉管隧道方案，深中通道規(guī)?？涨?、建設(shè)條件復(fù)雜、綜合技術(shù)難度大，是我國繼港珠澳大橋之后的又一項(xiàng)重大跨海交通工程。深中通道地理位置見圖1。

圖1 深中通道地理位置圖

深中通道項(xiàng)目起點(diǎn)即隧道起點(diǎn)與廣深沿江高速二期工程對(duì)接，隧道終點(diǎn)在西人工島島頭內(nèi)與非通航孔橋連接，海底隧道全長6 845 m，其中沉管隧道長5 035 m，最大縱坡為2.98%，東島側(cè)處于半徑為5 003.1 m的平曲線上。沉管隧道共設(shè)置32個(gè)管節(jié)，其中標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)為26個(gè)，長度為165 m，東側(cè)曲線變寬及西側(cè)非標(biāo)首管節(jié)6個(gè)，長123.8 m，最終接頭設(shè)置在E22/E23之間，長度為2.2 m。

為實(shí)現(xiàn)深中通道與廣深沿江高速互通互聯(lián)，在東人工島側(cè)設(shè)置4條機(jī)場互通匝道隧道(E、F、G、H)。除H匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h外，其余均為60 km/h；4條匝道均按2車道布置，其中E匝道按單車道運(yùn)營。

項(xiàng)目沉管隧道總寬度為46～55.5 m，行車道單孔跨度達(dá)18.3～24.0 m，沉管隧道寬度及跨度均為世界之最。東島側(cè)主線明挖現(xiàn)澆隧道寬度達(dá)46.0～69.8 m，機(jī)場互通采用海底互通立交匝道隧道，最小半徑為125 m，最大縱坡為3.78%。

2 項(xiàng)目運(yùn)營面臨挑戰(zhàn)

2.1 雙向8車道高速公路海底沉管隧道沒有先例，通風(fēng)、排煙技術(shù)上面臨挑戰(zhàn)

本項(xiàng)目隧道采用沉管工法，隧道長度約6.8 km，由于采用雙向8車道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在2孔之間設(shè)置中間管廊，形成了兩孔一管廊的橫斷面型式，標(biāo)準(zhǔn)段沉管隧道橫斷面見圖2。沉管隧道橫斷面寬度達(dá)到46.0 m(比港珠澳大橋雙向6車道沉管隧道寬約9 m)，特別是在深圳側(cè)增加減速車道段后，該區(qū)段達(dá)到雙向12車道。

類似規(guī)模的海底隧道國內(nèi)外尚無先例，在隧道結(jié)構(gòu)體系、斷面型式、通風(fēng)與防災(zāi)救援等方面存在較大技術(shù)挑戰(zhàn)。雙向8車道超寬海底隧道為世界首例，傳統(tǒng)的縱向通風(fēng)+側(cè)向排煙方案面臨巨大挑戰(zhàn)。

圖2 深中通道沉管隧道橫斷面(單位： cm)

2.2 項(xiàng)目交通量超大且貨車比例高，隧道運(yùn)營安全及防災(zāi)面臨巨大挑戰(zhàn)

本項(xiàng)目屬于國家高速公路網(wǎng)，兩岸接線均是高架橋相連、主線無收費(fèi)站，通過機(jī)場互通立交(東)、萬頃沙互通立交等直接與周邊高速公路實(shí)現(xiàn)快速交通轉(zhuǎn)換，隧道長度達(dá)到6.845 km。項(xiàng)目遠(yuǎn)景年限設(shè)計(jì)交通量將超過100 000 pcu/d，其中重型貨車比例較高，達(dá)到9.4%～12.2%。雖然本工程禁止危化品車輛通行，但大量的重型貨車通行，且貨物種類多樣，火災(zāi)荷載大，一旦發(fā)生火災(zāi)，其規(guī)模難以控制，將給隧道運(yùn)營安全及防災(zāi)帶來巨大挑戰(zhàn)。

2.3 機(jī)場互通漸變段隧道截面變化顯著，匝道多排煙氣流組織困難

本項(xiàng)目隧道東側(cè)機(jī)場互通立交與主線隧道交匯，隧道內(nèi)多處分合流，漸變段隧道截面變化顯著，水下樞紐互通區(qū)平面圖見圖3。

圖3 水下樞紐互通平面圖

機(jī)場互通地下樞紐漸變段為雙向12車道，且縱坡較大，氣流組織復(fù)雜，匝道段曲率半徑小，排煙疏散難度大。對(duì)于小曲率半徑匝道段，在壁面粗糙度及橫斷面相同的情況下，曲線隧道通風(fēng)阻力系數(shù)λR大于普通直線隧道通風(fēng)阻力系數(shù)λ。

λR=1.823 5×λR-0.078。

隧道坡度α的存在，使得隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)形成“煙囪效應(yīng)”，在下坡隧道內(nèi)排煙臨界風(fēng)速vα隨著坡度的增大而增大。

vα=v0×(1+0.020 9×α)。

另一方面，火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓pα增大了下坡隧道排煙難度。

式中：α為隧道坡度；pα為火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓；L為隧道下坡段長度；ρα為火源處空氣密度；ρx為距火源距離x處空氣密度。

2.4 超長海底隧道疏散救援難度大，防災(zāi)救援技術(shù)體系面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)

深中隧道為超長海底隧道，疏散距離長，救援難度大，應(yīng)急救援涉及部門眾多，溝通協(xié)調(diào)難度大。深中通道作為島橋隧集群環(huán)境，周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，物流行業(yè)發(fā)達(dá)，預(yù)測車流量較大，貨運(yùn)車輛占比高，運(yùn)營組織難度較大，一旦發(fā)生突發(fā)事件，人員和車輛疏散、救援工作的開展受到通道自身特點(diǎn)和復(fù)雜交通環(huán)境的限制。通道自身物資儲(chǔ)存空間有限，需要科學(xué)規(guī)劃并充分利用通道本身及臨近地區(qū)或路網(wǎng)的相關(guān)設(shè)施保障救援物資的供應(yīng)。通道連通深圳、中山兩地，救援涉及的管理部門較多，應(yīng)急救援涉及部門眾多，協(xié)調(diào)組織面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

3 項(xiàng)目排煙、防災(zāi)救援總體思路及方案

3.1 主隧道排煙方案

深中通道沉管隧道中部設(shè)有沿隧道縱向的集中排煙道，隧道行車方向左側(cè)側(cè)壁設(shè)置排煙口，排煙口3個(gè)1組，與中部縱向排煙道相連。根據(jù)深中通道沉管隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總體通風(fēng)排煙思路為“縱向通風(fēng)+重點(diǎn)排煙”。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，利用排煙孔將隧道內(nèi)煙氣吸入中間管廊上部的縱向排煙道，經(jīng)排煙軸流風(fēng)機(jī)將煙氣排出洞外。

判定排煙系統(tǒng)適用與否的指標(biāo)，除了系統(tǒng)自身包括的各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)指標(biāo)，排煙效果優(yōu)劣也是一項(xiàng)重要指標(biāo)[11]。其中直接影響人員安全的指標(biāo)為人員安全疏散可用時(shí)間Taset。排煙系統(tǒng)提供的可用時(shí)間必須大于人員疏散所需時(shí)間Trset。

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，排煙系統(tǒng)將隧道內(nèi)煙氣、熱量等排出洞外，為人員疏散逃生創(chuàng)造有利環(huán)境及一定的逃生時(shí)間Taset，在此時(shí)間內(nèi)需確保隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣未達(dá)到危及人身安全的狀態(tài)，以便人員全部疏散[12]。

對(duì)火災(zāi)排煙方案采用數(shù)值模擬結(jié)合模型試驗(yàn)的研究方法，火災(zāi)數(shù)值模擬采用FDS計(jì)算軟件，人員疏散模擬采用EVAC計(jì)算模塊。主要邊界條件設(shè)置為： 計(jì)算模型長度1 000 m，模型橫斷面為隧道實(shí)際斷面尺寸，網(wǎng)格為0.25 m×0.25 m×0.25 m，并在火源附近適當(dāng)加密，隧道兩端為自由流出邊界，火源功率為50 MW。

數(shù)值模擬可根據(jù)各種場景進(jìn)行模擬，相對(duì)于物理模擬來說，其耗時(shí)較短，可節(jié)約一定的人工成本，但邊界條件的設(shè)置對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大[13]。物理模擬較接近實(shí)際工程情況并便于觀察實(shí)際現(xiàn)象，但試驗(yàn)過程中受人工操作、外界環(huán)境等影響較大[14]。

深中通道沉管隧道中部縱向排煙道面積為14.9 m2，在排煙道風(fēng)速不能大于15 m/s的條件下，其最大排煙量為225 m3/s。由于隧道橫斷面跨度較大，側(cè)壁排煙效果不明顯，側(cè)壁排煙孔處風(fēng)流影響范圍有限，隨著距排煙孔距離的增加，隧道內(nèi)斷面風(fēng)速降低。對(duì)于離排煙口較遠(yuǎn)的區(qū)域，存在煙氣及熱量堆積的現(xiàn)象，不利于火災(zāi)期間煙氣的迅速排出，導(dǎo)致隧道Taset較小，對(duì)于人員疏散存在安全隱患。根據(jù)隧道安全疏散門設(shè)置情況，結(jié)合交通量組成，火災(zāi)時(shí)最不利情況下人員疏散所需總時(shí)間Trset=388 s，側(cè)壁排煙方式下各工況計(jì)算所得疏散可用時(shí)間Taset均小于310 s，不滿足疏散要求。

側(cè)壁排煙方式下沉管隧道橫斷面計(jì)算結(jié)果云圖見圖4。

根據(jù)對(duì)深中通道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及火災(zāi)煙氣分布結(jié)果的分析，提出一種適用于深中通道的新型排煙結(jié)構(gòu)，即“主隧道頂部橫向排煙聯(lián)絡(luò)道+中間管廊縱向排煙”的排煙方案，解決超長、超寬沉管隧道火災(zāi)排煙難題，該新型排煙系統(tǒng)見圖5。

圖5 深中通道隧道排煙系統(tǒng)

通過對(duì)新型排煙系統(tǒng)進(jìn)行研究、對(duì)煙氣流動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化組織與控制、排煙口位置優(yōu)化，充分利用煙氣在隧道頂部分層的流動(dòng)狀態(tài)，采用橫向聯(lián)絡(luò)排煙道在一定程度上降低了煙氣沿隧道縱向的流速，排煙系統(tǒng)排煙效率得到較大提高，該排煙方式下各工況計(jì)算所得疏散可用時(shí)間Taset均大于700 s。火災(zāi)期間隧道內(nèi)人員疏散可用時(shí)間Taset大幅度增加，為火災(zāi)期間人員疏散救援提供了有利環(huán)境，滿足隧道火災(zāi)期間人員疏散需求。

3.2 水下樞紐互通排煙方案

機(jī)場互通地下樞紐段與水下主體隧道段直接相連，火災(zāi)時(shí)容易出現(xiàn)相互影響的情況，導(dǎo)致火災(zāi)煙氣影響范圍擴(kuò)大。隧道斷面變化復(fù)雜，尤其是隧道的寬度變化較大，曲率半徑變化也比較大，且匝道的匯流、分流較多，在該區(qū)段上容易發(fā)生車禍，從而增加火災(zāi)發(fā)生的概率。

隧道火災(zāi)煙氣發(fā)生分岔流動(dòng)的臨界條件為羽流撞擊區(qū)上游的回流煙氣完全消失。隧道內(nèi)煙氣分岔流動(dòng)的臨界風(fēng)速，即為羽流撞擊區(qū)上游區(qū)域不出現(xiàn)煙氣回流時(shí)的最小風(fēng)速[15]?；鹪礋後尫潘俾屎蜔焻^(qū)分岔流動(dòng)臨界風(fēng)速之間的關(guān)系如下：

深中通道水下樞紐互通區(qū)若發(fā)生火災(zāi)事故，排煙控制具有一定的難度?；ネ▍^(qū)火災(zāi)排煙需要綜合考慮機(jī)場互通地下樞紐段與水下主體隧道段相互之間的關(guān)系，同時(shí)也需要考慮進(jìn)、出口匝道段排煙差異。該工程毗鄰水域，可布置風(fēng)機(jī)房等設(shè)備用房的空間受限，需充分結(jié)合排煙方案與土建方案進(jìn)行綜合考慮。此外，毗鄰水域的隧道工程的人員疏散難度也是水下樞紐互通區(qū)的重難點(diǎn)。

水下樞紐互通出口匝道段(分流匝道)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可采用縱向排煙，煙氣在風(fēng)機(jī)作用下往匝道出口方向流動(dòng)排出洞外。入口匝道段(合流匝道)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，縱向排煙可能導(dǎo)致煙氣從匝道進(jìn)入主體隧道，影響主隧道的人、車安全。尤其在主隧道發(fā)生車輛阻塞時(shí)，火源下游及主隧道內(nèi)人員易受到高溫?zé)煔獾耐{，不利于人員疏散。因此，入口匝道段不宜采用縱向排煙。

對(duì)于入口匝道段，采取“縱向通風(fēng)+吊頂排煙道”方案進(jìn)行排煙，排煙道沿匝道頂部縱向布置，間隔一定距離設(shè)置排煙口，在分岔及合流位置重點(diǎn)排煙或設(shè)置豎井排煙。

對(duì)于匝道隧道合流段，由于排煙孔面積有限，為保證煙氣分層不被破壞，排煙孔風(fēng)速不能過大，因此排煙量受限，且多個(gè)排煙孔操作較為不便，采用頂部集中排煙存在控?zé)熇щy的不利因素。采用大排煙口集中排煙的方式，可增加排煙量，且具有操作簡單的優(yōu)勢。匝道頂部設(shè)置全斷面的吊頂排煙道，共設(shè)置14個(gè)排煙口，其中4個(gè)集中布置在主隧道臨近主匝道的位置，4個(gè)排煙口以間距48 m布置在主匝道中部，剩余的6個(gè)排煙口集中布置在主匝道與E、F匝道的交匯處。地下立交匝道吊頂排煙道如圖6所示。

1—主隧道； 2—排煙口； 3—火源； 4—排煙口； 5—排煙口； 6—F匝道縱向排煙道； 7—E匝道縱向排煙道； 8—E匝道； 9—F匝道； 10—主匝道。

“主匝道吊頂排煙道+匝道縱向排煙道”或“主匝道吊頂排煙道”方案均能滿足合流匝道(E、F匝道)發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散要求。經(jīng)綜合比較，機(jī)場互通地下樞紐段合流匝道(E、F匝道)火災(zāi)排煙方案采用“主匝道吊頂排煙道+匝道縱向排煙道”方案。

在進(jìn)口分岔較多的匝道段，火災(zāi)初期極易出現(xiàn)煙氣回流現(xiàn)象。為保證回流煙氣能夠有效排除，各進(jìn)口匝道內(nèi)均設(shè)置射流風(fēng)機(jī)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場人員疏散情況及隧道內(nèi)風(fēng)速情況，盡早正向開啟吊頂排煙孔并結(jié)合射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。

在出口匝道內(nèi)，煙氣受煙囪效應(yīng)影響，向下游擴(kuò)散速度較快，在火災(zāi)點(diǎn)前后需要人員疏散時(shí)，為保證有利的煙氣分層特性，應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)風(fēng)速情況啟停射流風(fēng)機(jī)。

3.3 防災(zāi)救援技術(shù)體系

深中通道沉管隧道防災(zāi)救援體系遵循“以防為主，防消結(jié)合”的原則，達(dá)到預(yù)防突發(fā)事故發(fā)生，減少突發(fā)事故引起損失的目的。深中通道安全理念貫穿于整個(gè)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營階段，其中設(shè)計(jì)階段確定的安全目標(biāo)是關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)階段根據(jù)指定的安全目標(biāo)從火災(zāi)場景設(shè)計(jì)、安全設(shè)施及設(shè)備配置、突發(fā)事件下緊急通風(fēng)預(yù)案等多方面從整個(gè)防災(zāi)系統(tǒng)綜合考慮隧道的安全性。

對(duì)于隧道運(yùn)營管理和防災(zāi)來說，管理與設(shè)施同樣重要，監(jiān)控是防災(zāi)核心，手冊(cè)是救災(zāi)指南，預(yù)案可以作為保障來指導(dǎo)救災(zāi)。深中通道隧道總體救災(zāi)思路遵循這一規(guī)則，將防火和救災(zāi)有機(jī)地結(jié)合起來，救災(zāi)的時(shí)候應(yīng)首先保證人員安全逃生，救災(zāi)的各級(jí)隊(duì)伍要及時(shí)到位并補(bǔ)齊短板。深中通道隧道防災(zāi)救援體系見圖7。

圖7 深中通道隧道防災(zāi)救援體系

3.3.1 正常運(yùn)營狀況下的控制措施

根據(jù)深中通道情況，實(shí)行危險(xiǎn)品運(yùn)輸管制，嚴(yán)禁易燃易爆品進(jìn)入隧道。根據(jù)情況在隧道兩端洞口設(shè)置危險(xiǎn)品檢查站，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)品車輛運(yùn)輸有效管制。

正常運(yùn)營情況下，通過隧道內(nèi)CO/VI檢測儀等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)空氣質(zhì)量，當(dāng)污染物體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)時(shí)，根據(jù)情況自動(dòng)開啟隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)。洞內(nèi)監(jiān)控設(shè)施實(shí)時(shí)對(duì)隧道內(nèi)行車狀況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，信號(hào)立即傳入監(jiān)控中心。

3.3.2 火災(zāi)情況下聯(lián)動(dòng)控制

發(fā)生火災(zāi)情況下，火災(zāi)監(jiān)測及自動(dòng)報(bào)警信號(hào)及時(shí)有效地將信號(hào)傳到監(jiān)控中心，工作人員接到警報(bào)后立即利用周邊的設(shè)備施以援手，監(jiān)控系統(tǒng)向有關(guān)部門發(fā)出求救信號(hào)，以此通知道路路政大隊(duì)、交警110、火警119、醫(yī)療救護(hù)等單位。救援人員入場、將受傷員送往醫(yī)院、盡快通過相關(guān)措施聯(lián)系車輛、設(shè)備并協(xié)調(diào)各方的救援力量展開救援。

為了救援的高效安全并減少更大的損失，社會(huì)車輛禁止進(jìn)入救援現(xiàn)場，相關(guān)出入口設(shè)置路障、路標(biāo)的安全標(biāo)志，及時(shí)疏散堵塞的交通并通過有關(guān)的設(shè)備、廣播等及時(shí)發(fā)布火災(zāi)信息，以防止二次事故。

啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案后，監(jiān)控中心通過一體化應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)，啟動(dòng)隧道內(nèi)各應(yīng)急設(shè)備，包括通風(fēng)、照明、應(yīng)急廣播、情報(bào)發(fā)布等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。

非阻滯工況下，通過控制隧道內(nèi)縱向風(fēng)速≥臨界風(fēng)速控制煙霧回流，保證火源上游人員車輛的安全，火源下游車輛快速駛離隧道；阻滯工況下，控制隧道內(nèi)縱向風(fēng)速為0.5～1.5 m/s，通過開啟火源附近排煙口進(jìn)行集中排煙，將煙霧控制在一定范圍內(nèi)?；馂?zāi)發(fā)生后通過信號(hào)燈、洞口欄桿等措施快速封閉事故隧道和相鄰隧道入口，防止后續(xù)車輛進(jìn)入隧道。

3.3.3 隧道安全設(shè)施

為保證火災(zāi)情況下的火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警、滅火救援等順利進(jìn)行，隧道內(nèi)設(shè)置完善的火災(zāi)監(jiān)測設(shè)施、報(bào)警設(shè)施、通風(fēng)照明設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施、交通誘導(dǎo)及廣播設(shè)施、滅火設(shè)施等。結(jié)合隧道自身需求及隧道周邊救援力量分布情況設(shè)置救援站。根據(jù)隧道管理體制確定隧道消防控制室位置方案以及位置。消防控制室主要負(fù)責(zé)消防報(bào)警及設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制。

3.3.4 隧道安全疏散

人員疏散是防災(zāi)救援技術(shù)體系中的重點(diǎn)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員逃生必需安全疏散時(shí)間Trset不應(yīng)超過火災(zāi)達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間Taset。

1)對(duì)于主隧道，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員從火災(zāi)隧道經(jīng)主隧道之間設(shè)置的安全出口進(jìn)行逃生。影響人員疏散逃生時(shí)間的一項(xiàng)重要指標(biāo)為安全出口的縱向間距及安全出口的尺寸大小。本項(xiàng)目結(jié)合火災(zāi)排煙及人員疏散研究，對(duì)安全出口參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，可滿足不同火災(zāi)工況下人員逃生安全。

2)地下立交匝道段結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，人員疏散逃生難度較大，尤其對(duì)于匝道進(jìn)口合流段的通風(fēng)排煙及人員疏散是本項(xiàng)目防災(zāi)救援的重點(diǎn)。

3)合流匝道E、F匝道是廣深沿江高速進(jìn)入深中通道沉管隧道的連接線，其隧道部分的平面布置和長度示意圖見圖8。

A—主隧道疏散口； B—主匝道直通地面疏散口； C—匝道交叉處直通地面疏散口； D1、D2—匝道入口。

4)在主匝道與分流匝道的交叉口和主匝道與合流匝道的交叉口處，分別布置2個(gè)通向地面的疏散口，疏散口寬度不小于1.4 m，疏散口通向樓梯間，樓梯通向地面。樓梯間前室應(yīng)采用機(jī)械加壓送風(fēng)，余壓值不小于規(guī)范要求。在主匝道的中部增設(shè)1個(gè)通向地面的安全出口，寬度不小于1.4 m，主匝道中部和E、F匝道交匯處各設(shè)置1處。分流匝道(G、H匝道)采用相同設(shè)置方式。

3.3.5 設(shè)備在火災(zāi)工況下的安全性

排煙設(shè)備如排煙風(fēng)機(jī)、電動(dòng)排煙口等設(shè)備需要在火災(zāi)工況下人員疏散及滅火階段保持正常運(yùn)行。具體要求為溫度達(dá)到250 ℃時(shí)能至少正常工作2 h，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的隧道要求溫度達(dá)到400 ℃時(shí)至少正常工作2 h。隧道內(nèi)的懸掛設(shè)備如射流風(fēng)機(jī)、可變情報(bào)板、其他標(biāo)志標(biāo)牌等應(yīng)具備一定耐火性能，保證其人員疏散階段不墜落。

3.3.6 突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)

對(duì)于公路隧道的運(yùn)營管理和防火救火來說，管理比設(shè)施更加重要，監(jiān)控是防災(zāi)核心，手冊(cè)是救災(zāi)指南，突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案可以作為保障來指導(dǎo)救災(zāi)。隧道防火救災(zāi)均應(yīng)遵循這一規(guī)則，防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)三者應(yīng)有機(jī)的結(jié)合起來，救災(zāi)時(shí)的首要目標(biāo)是保障人員安全，即發(fā)生突發(fā)事件后應(yīng)首先保證人員迅速有序逃生，救災(zāi)的基本隊(duì)伍要及時(shí)到位并補(bǔ)齊短板。

本工程建立完善的突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，主要包括隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、隧道防災(zāi)預(yù)案的控制流程、通風(fēng)照明預(yù)案、防火救災(zāi)預(yù)案、人員疏散和人員救治預(yù)案、交通控制預(yù)案、報(bào)警消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)預(yù)案等。

4 試驗(yàn)場景構(gòu)建及驗(yàn)證

根據(jù)深中通道通風(fēng)排煙方案，建立1∶15火災(zāi)試驗(yàn)平臺(tái)開展火災(zāi)排煙試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D9。針對(duì)主隧道標(biāo)準(zhǔn)沉管段，對(duì)傳統(tǒng)側(cè)壁排煙方案、頂部橫向聯(lián)絡(luò)道排煙方案等開展不同火災(zāi)工況下排煙試驗(yàn)，對(duì)隧道內(nèi)溫度分布規(guī)律、有害氣體的體積分?jǐn)?shù)分布以及煙霧擴(kuò)散規(guī)律等進(jìn)行研究。針對(duì)地下立交匝道段，開展地下互通立交區(qū)多匝道、大縱坡、小曲率半徑的火災(zāi)排煙試驗(yàn)，對(duì)排煙方案進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D10。此外，依托1∶1.2大比尺沉管隧道模型，開展實(shí)體隧道火災(zāi)試驗(yàn)，對(duì)排煙方案及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，大比尺沉管隧道模型見圖11。

圖9 主隧道標(biāo)準(zhǔn)沉管段試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖10 地下立交匝道段試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖11 1∶1.2大比尺沉管隧道火災(zāi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

根據(jù)納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程，幾何相似是隧道火災(zāi)排煙模型與原型保持流動(dòng)相似的唯一條件?；鹪茨Ｐ驮囼?yàn)符合弗勞德準(zhǔn)則，火源功率、速度、排煙量相似關(guān)系為：

Tm=Tp。

式中：Lm和Lp為模型和原型的火源特征長度；Qm和Qp為模型和原型的火源功率；vm和vp為模型和原型的縱向風(fēng)速；Vm和Vp為模型和原型的排煙量；Tm和Tp為模型和原型的溫度。

為研究適用于深中通道的排煙方案及煙氣控制模式，針對(duì)不同火災(zāi)場景，進(jìn)行了大量的火災(zāi)試驗(yàn)。圖12為側(cè)壁排煙模型試驗(yàn)過程。圖13為頂部橫向聯(lián)絡(luò)排煙道排煙模型試驗(yàn)過程。

(a) 開啟前

由圖12可以看出： 排煙風(fēng)閥開啟前，煙氣沿隧道縱向自由擴(kuò)散，煙氣層高度除火源位置以外均未下降至安全高度以下，隨著煙量的持續(xù)增加，煙氣在卷吸過程中發(fā)生下沉，有少量煙氣下沉至安全高度以下； 風(fēng)閥開啟后，煙氣在排煙道負(fù)壓作用下被排出主隧道，煙氣流動(dòng)較為紊亂，側(cè)壁排煙系統(tǒng)無法對(duì)隧道另一側(cè)煙氣進(jìn)行有效控制，煙氣層高度在靠近排煙口位置時(shí)較高，在遠(yuǎn)離排煙口位置時(shí)較低，且低于安全高度。

(a) 開啟前

從圖13可以看出： 排煙風(fēng)閥開啟前，煙氣沿隧道縱向自由擴(kuò)散，煙氣層高度除火源位置以外均未下降至安全高度以下，隨著隧道內(nèi)煙量的持續(xù)增加，煙氣在卷吸過程中發(fā)生下沉，有少量煙氣下沉，但均未下降至安全高度以下； 排煙風(fēng)閥開啟后，煙氣在排煙道負(fù)壓作用下被排出主隧道，煙氣高度有所上升，均高于安全高度。

5 結(jié)論與討論

依托深中通道沉管隧道工程，根據(jù)隧道實(shí)際情況及面臨的通風(fēng)排煙、防災(zāi)救援等難題。在傳統(tǒng)排煙方式不能滿足工程實(shí)際需求的情況下，提出“主洞頂部橫向排煙聯(lián)絡(luò)道+中間管廊縱向通風(fēng)”的新型排煙體系，解決了超長、超寬沉管隧道火災(zāi)排煙難題。該排煙方式適用于雙向8車道及以上超寬斷面沉管隧道；縱向集中排煙道位于隧道側(cè)面、側(cè)部集中排煙量受限的情況，可大幅度增加排煙效率及人員疏散可用時(shí)間。

針對(duì)深中通道特有的水下樞紐互通，以人員安全疏散為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合地下樞紐互通結(jié)構(gòu)形式及通風(fēng)流場特點(diǎn)，提出水下樞紐互通區(qū)的排煙方案。結(jié)合多比尺火災(zāi)模型試驗(yàn)對(duì)排煙方案進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道內(nèi)其他安全設(shè)施，并綜合考慮周邊路網(wǎng)以及管理部門在突發(fā)事件下的應(yīng)急響應(yīng)，制定各類突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)程序，進(jìn)一步建立深中通道沉管隧道防災(zāi)救援技術(shù)體系，為類似超長、超寬水下隧道防災(zāi)救援提供了借鑒和參考。