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双向行车公路隧道的通风及防灾研究

2016-08-08 11:23:00 来源: 点击:68

摘要:阐述了公路隧道防灾的时效性,提出一种新型斜墙式半横向通风的通风方式和另一项风机反转制动消防技术以及它们在火灾时的作用。

关键词:公路隧道;通风方式;防灾措施

1. 隧道通风防灾存在的问题及国外火灾教训

1.1公路隧道是一个半封闭的空间,行驶的车辆燃料为易燃品,一旦着火烟雾迅速向两端漫延,逃避的车辆及旅客也只能从两个方向疏散,其危害性比地面大得多.由于救护困难,极易成为恶性灾难事故

1.2在隧道通风设计时,追求土建和运营的低造价,忽视了通风的消防功能。

1.3国外隧道重大火灾见表1

               1

隧道名称

国名

火灾起因

损失

时间

勃朗峰

11.6km

法国

车辆起火

41人死36辆车毁

1999.3.24

陶恩隧道

奥地利

车辆相橦

12人死亡50人受伤

1999.5

隧道3.2km

奥地利

缆绳断裂

153人死亡

2000.11.11

纽约霍兰隧道2.6km

美国

 

66人中毒,毁坏10辆卡车13辆小车

1949

维尔森隧道0.78km

荷兰

碰车

死5人伤6人2辆货车4辆小车毁

1978

日本板隧道2.05km

日本

碰车

死7人伤2人189辆车毁

1979

加州隧道

美国

碰车

死7人伤2人7辆车毁

1982

1.4勃朗峰隧道火灾是近年来最惨重的一次,应引起我国建设单位、设计院、运营管理等有关部门的高度重视。

1.5多次事故使西欧有关方面关注隧道的安全标准,他们调查发现,全欧洲共同体25条隧道有三分之一的标准太低,表现在通风排烟能力和排出事故速度两方面,这两大要素与造成事故的灾害程度密切相关,很有必要研究经济,及时、有效的隧道消防措施。

1.6双向行车隧道火灾消防难度最大,特别是采用了纵向通风方式的隧道,通风几乎失去了消防的功能,甚至会风助火势,扩大灾害规模。

1.7国内双向行车的二郎山隧道,鹧鸪山隧道采用纵向通风,并再建一条平行服务坑道用于灾害排烟,火灾时须判断火灾发生位置,才做出消防救援方案,救灾延时。有时,排烟通道与人员逃离通道共用,洞内又无横向新风流,消防功能不佳。

2斜墙式半横向通风方式介绍(4)

2.1公路隧道通风方式根据风流在隧道中流动的方向分为横向式(图1),半横向式(图2)和纵向式三种,其各自的特点见表2(摘自《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999)。

双向交通隧道通风方式主要特点    2

通风方式

全横向式

半横向式

纵向式

基本特征

空气在隧道内横向流动

隧道内空气半横向流动

空气在隧道内纵向流动

代表形式

 

吸出式

射流式

适用长度

不限

3000km

1500km

活塞风利用

不好

不好

不好

洞内环境

较好

不好

火灾控制

排烟方便

排烟较方便

排烟不方便

工程造价

较高

管理维护

不便

一般

一般

运营费用

较高

洞外环保

有利

一般

不利

2.2 从表2中可以看出全横向式通风效果好,功能全,在控制火灾时排烟方便,送风侧可均匀地提供新鲜空气,旅客不受烟雾熏呛,无须判断火灾位置,有利于逃避。我国深圳梧桐山隧道发生过多次火灾,均成功地补灭,无一人伤亡。但是, 全横向式通风的土建费用和运营费用是最高的。半横向式通风在洞内有纵向风流,不同断面风速不等,还存在中性点,在控制火灾功能次于全横向式通风,土建和运营费用低于全横向式。纵向式通风在双向行车的隧道中防灾性能最差,土建和运营费用也最低。

 


 

      1 全横向式通风                                  图2 半横向式通风

2.3消防系统关系见流程图                


2.4斜墙式半横向通风方式(ZL012364460)将全横向式通风和半横向式通风二者扬利抑弊,把全横向式通风纵隔墙改为斜墙(见图4),正常情况下用半横向通风,火灾时迅速改为

全横向通风,风道呈三角型,风道口初始风速高区段,风道面积增大,风速降低,阻力呈平方关系下降,功率自然比全横向式小。


              

                       4 斜墙式半横向通风方式示意图

2.5斜墙式半横向通风方式,火灾时无需判断火灾发生位置,只需将一侧风机反转,变半横向通风方式为全横向式通风即可,旅客从隧道两端疏散,救灾迅速,动作简单(见下图)、可靠即时,控制烟雾扩散,降低灾害程度.

                    5 斜墙式半横向通风方式消防系统图

2.6隧道拱部做风道本身就是一种利用,土建费用小于再建一条服务通道.

2.7抵抗火灾烟雾扩散的风速。日本人曾经在1.5km隧道中进行过火灾烟雾扩散试验,只要保持大于2.0m/s速度,正向压力即可阻止烟雾扩散。


2.8斜墙式半横向通风方式符合烟控制的两条基本原理:一条是使邻近区域的压力高于烟气区,气流可用来阻止气流流过的空间;另一条是存在引导烟雾的负压区,将排烟道与人群疏散通道分开

6 均匀送排风示意图

2.9均匀送(排)风道的压力计算方法:

均匀送风压力计算可参考荷兰(Holland)隧道的计算原理;2)


⑴送风风道

式中;P1——风道内任意一点的总压力损失;

      p——隔樯处压力;

      y——空气的密度;

D——水的比重;

V——风道进口的风速;

g——重力加速度;

a——混凝第一摩檫系数(0.0035);

b——混凝第二摩檫系数(0.01433);

L——风道的总长度;

Z=

X——风道进口到任意点的距离;

m——水力半径;

k——紊流常数(0.615);

⑵排风风道


式中   C——吸气口紊流常数(0.25);

其它符号同送风计算式。

3 风机快速反转制动技术(4)

3.1 排除烟雾的反应速度慢,是不能满足隧道消防要求的重要原因之一,火灾时,风机在正常运转情况下,能否立即反转,达到反向送风,排出烟雾、控制受灾规模的目的?是一个未能解决又被忽视的问题,假如等待风机自然停止转动,时间约8—10分钟,而火灾烟雾在洞内扩散速度为1.2~1.5m/s,10分钟扩散700—900m,已经形成灾害。

3.2风机反转制动专利(ZL254714.7)技术,在风机安装此装置后,反转仅需要30s,提高排出事故的反应速度16~20倍。

 

4 几点看法

4.1斜墙式半横向通风方式风道口初始风速与半横向通风方式基本相等,其受隧道长度的限制,与半横向式也大致相同。

4.2从通风空调专业的角度看,采用全横式通风方式也应将直隔墙改为斜墙。

4.3非等截面风道均匀送排风压力计算方法的准确性有待研究,还应通过模型和工程验证。泄风口大小,除计算外还需现场调试确定。

4.4现建成的双向行车隧道事故隐患不但存在而且危险,应引起管理部门、设计者的高度重视,完善其消防功能。.

4.5隧道通风系统的设置不仅只是满足于交通运输的需要,它的目标要满足环保、劳保、消防等法定,法规的要求。

4.6建议对我国已经建成的2km以上双向行车隧道进行安全评价,并给予可能的补救。对将来建造的隧道制定新的消防标准。

 

参考文献

[1]柴慧娟 《高层建筑空调设计》 中国建筑工业出版社 1995

[2]TUNNEL ENGINEERING HANDBOOK》 U·S·A JOHNO BICKEL 1996

[3]《公路隧道通风照明设计手册》中华人民共和国行业标准JTJ026.1-1999

[4]《专利受理通知书》中华人民共和国知识产权局

[5]“勃朗峰隧道惨剧”人民日报 1999.4.13

作者简介

陆懋成:隧道通风高级工程师;北方交通大学隧道及地下试验研究中心环控室主任

王梦恕:中国工程院士、北方交大教授

刘维宁:北方交通大学教授

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