地铁过江隧道火灾烟气控制及疏散设计

专业知识分享版 摘　要：以某地铁过江隧道为研究对象，分析长大区间在火灾烟气控制及安全疏散方面的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 难点，对隧道横断面、疏散路径、通风系统等提出设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，通过设定相应的火灾场景及疏散场景，对火灾特性、烟气蔓延、人员疏散等进行模拟，探讨火灾烟气控制及安全疏散设计方案的可行性。 关键词：地铁过江隧道；火灾；烟气控制；人员疏散 近年来，地铁过江隧道作为改善城市环境、缓解城市交通的有效措施开始出现。如广州地铁１号线穿越珠江的隧道、武汉地铁２号线穿越长江的隧道等。但是，由于路径较长、过江隧道断面较小、人流密集等因素，地铁过江隧道一旦发生火灾，温度上升快、浓烟不易扩散、人员疏散困难，极易造成较大人员伤亡事故。因此，如何科学、合理地进行地铁过江隧道尤其是隧道长大区间的火灾烟气控制和疏散救援设计，已经成为一个非常有价值的重要课题。笔者结合某在建地铁过江隧道工程实例，探讨其火灾烟气控制及安全疏散设计方案的可行性。 １　工程概况 该地铁线路全长４４．８７ｋｍ，共２９个车站，其中滨江路站与浦珠路站之间的线路中部下穿长江流域，最大埋深位于水下５６ｍ，区间长度约３７００ｍ，属于地铁长大区间隧道。 ２　消防设计难点 （１）火灾烟气控制。ＧＢ　５０１５７－２００３《地铁设计规范》第１９．１．３６条规定，“当区间隧道发生火灾时，应背着乘客疏散方向排烟，迎着乘客疏散方向送风。”根据行车资料分析，该江底隧道长大区间正线范围内存在两列以上列车同时运行的情况，通常在长大区间１８００～２０００ｍ的距离处设置中间竖井形成不同通风段，以解决火灾烟气控制问题。但是，由于本区间位于长江底部，设置中间竖井难度极大，因而火灾时不能按照常规的模式组织气流，必须选择合理的烟气控制模式，实现非火灾列车和火灾列车多数乘客处于无烟区的设计目标。 （２）安全疏散。ＧＢ５０１５７－２００３第１９．１．２２条规定，“两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度超过６００ｍ时，应设联络通道，并在通道两端设双向开启的甲级防火门。”这样，火灾疏散中可利用联络通道，将乘客分流到另一条非火灾区间隧道内。由于该地铁过江隧道最大埋深位于水下５６ｍ，水压极大且工程地质条件差、渗透性强，联络通道施工稍有不慎就可能造成灾难性的后果。因此，选择合理的隧道过江断面形式一定程度上决定了人员疏散救援策略。 ３　消防设计初步方案 ３．１　隧道断面形式 过江盾构隧道可供选择的方案有单洞双线隧道（简称“大盾构”）、单洞单线隧道（无单独排烟风道）、单洞单线隧道（单独设置排烟风道）以及双圆双线隧道盾构形式。通过对本过江段区间长度、环境影响、施工风险性等因素的比较选择，拟采用内径为１０．２ｍ的大圆单洞双线的盾构隧道，见图１所示。 ３．２　人员疏散路径 该长大区间隧道隔墙上拟开设落地甲级防火门，设置间距将通过火灾模拟实验确定。隔墙两侧各有０．７ｍ宽的疏散平台与列车车底等高。火灾时遵循“先将列车开出隧道后进行隧道外疏散”的原则，当列车不能牵引到相邻车站时，以正线火灾为例，人员疏散线路具体如下。 （１）线路１，列车前半部近端部起火：车厢→列车门→疏散平台→防火门→相邻隧道疏散平台→车站。 （２）线路２，列车前半部近端部火灾：车厢→列车门→轨道区间→车站。 （３）线路３：列车前半部近中部火灾： ３．３　火灾通风模式 利用隧道圆顶与限界高度间的空间作为事故风道，拟采用纵向通风模式。在区间中部上、下行线分别设置多个３ｍ×３ｍ的事故风阀，设置间距将通过火灾模拟实验确定。火灾时通过纵向通风使火灾列车和非火灾列车分别处于不同的通风区段中。因上行与下行模式类似，以上行正线火灾工况为例，具体通风模式为： （１）列车处于浦珠路站与中部事故风阀之间，车前部着火：人员朝滨江路站方向疏散，浦珠路站隧道事故风机通过区间事故风阀的转换，对区间进行排烟；车站风机排烟。滨江路站隧道事故风机通过轨顶风道以及中部事故风阀送风，车站风机送风。 （２）列车处于浦珠路站与中部事故风阀之间，车后部着火：人员朝浦珠路站方向疏散，浦珠路站隧道事故风机通过区间事故风阀的转换，对区间进行送风；车站风机送风。滨江路站隧道事故风机通过轨顶风道以及中部事故风阀排烟，车站风机不动作。 （３）列车处于中部事故风阀与滨江路站之间，车前部着火：人员朝滨江路站方向疏散，浦珠路站隧道事故风机通过轨顶风道以及中部事故风阀排烟，车站风机不动作。滨江路站隧道事故风机通过区间事故风阀的转换，对区间送风；车站风机送风。 （４）列车处于中部事故风阀与滨江路站之间，车后部着火：人员朝浦珠路站方向疏散，此时浦珠路站隧道事故风机通过轨顶风道以及中部事故风阀送风，车站风机送风。滨江路站隧道事故风机通过区间事故风阀的转换，对区间排烟；车站风机不动作。 ４　设计方案可行性分析 ４．１　火灾烟气分析 （１）火源热释放速率。对于国内新投入运行的地铁车辆，结构都是由不燃或阻燃材料构成，列车内发生火灾多是乘客的行李燃烧后引起车厢内材料的局部燃烧。实验中每节车厢着火时热释放速率设定为７．５ ＭＷ，达到该最大热释放速率峰值的时间为３９９．４ｓ。 （２）临界风速设定。当纵向通风速度过小时，会产生烟气回流影响疏散；当纵向通风速度过大时，设备投资增大，而且气流紊流加强，烟气会较早降至地面，不利于人员疏散。《地铁设计规范》第１９．１．４０条规定，“区间隧道火灾的排烟量，按单洞区间隧道断面的排烟流速不小于２ｍ／ｓ计算，但排烟流速不得大于１１ｍ／ｓ。”其目的就是保证在火灾时，通过有效的通风使烟气流按规定的方向流动，同时，造成一种气流使乘客感受到有新鲜空气流动，引导其撤离的方向。因此，合理地确定长大区间隧道临界风速，既能防止上风方向烟气回流，又能延长烟气在隧道顶壁的贴附时间。实验模拟风速为２．０、２．２、２．５ｍ／ｓ时的烟气扩散情况。 （３）火灾场景设置及烟气流动模拟。火灾场景设置遵循“可信最不利”原则，过江隧道中部为着火列车最不利停靠点。其中排烟道内排烟风速为６ｍ／ｓ，非事故段采用自然通风。根据不同的风机工作状况、排烟口间距，设置７个不同的火灾场景，利用ＣＦＤ模型对火灾烟气运动进行模拟计算，得到火灾产生的烟气温度、环境能见度等因素达到影响人员安全疏散的时间。模拟设定：（１）流场的初始状态为静止，初始的隧道内部与外部温度相同为２０℃，压力为１个标准大气压；（２）疏散平台一侧车厢门处于开启状态，仅考虑着火车厢玻璃破裂时间对烟气蔓延的影响；（３）隧道隔墙防火门为关闭状态；（４）通风气流和烟气均视为理想气体；（５）忽略人员的运动对气流的扰动和排烟口漏风的影响。模拟具体结果见表１所示。 ４．２　人员疏散分析 （１）疏散人数。列车设计为Ａ型６节车厢编组，以站立人员密度６人／ｍ２计算，根据车辆设计资料统计，车头、尾车厢满载３０２人，中间车厢每节车厢满载３１４人，需要疏散人员总数１８６０人。 （２）疏散场景及疏散时间。人员疏散时间包括感知、响应和移动三个时间分段。其中，感知时间包括火灾探测时间和探测出火灾确认并通知人员火灾发生的时间，因隧道火灾时人员疏散前需要有列车制动及车门打开时间，故设定为１２５ｓ；人员响应时间是人员意识到或接到工作人员通知有必要撤出该火灾区域并决定行动方向所需要的时间，它包括了确认时间和反应时间，综合设定为６０ｓ；移动时间由两部分构成，一部分为到达车厢门所需的步行时间，另一部分为通过防火门到达相对安全的地方所需时间。根据列车选型初步方案，一列列车长度为１４０ｍ，一节地铁车厢的长度约为２２ｍ，共设置了７种疏散场景。场景设置及模拟结果见表２所示。应用疏散软件ＢｕｉｌｄｉｎｇＥｘｏｄｕｓ对人员疏散进行模拟分析。 ５　结　论 模拟结果表明，由于隧道阻塞比影响显著，半横向排烟模式无法满足烟气控制的要求，在纵向通风模式下，行车道内２．０～２．５ｍ／ｓ的纵向风速可以抑制烟气回流，保证上风侧人员的安全；排烟口间距对危险来临时间影响较小；防火门间距为１００ｍ时，人员可以较为快速地撤离车厢并穿越防火门。适量加宽疏散平台和防火门的宽度；有效控制地铁车厢门在火灾时的启闭方 式 等 将 便于人员安全疏散。可见，在设定的火灾、疏散场景下，该地铁过江隧道长大区间内的人员能够及时疏散到安全区域。因此，设计中提出的火灾烟气控制和安全疏散设计方案可行。 使命：加速中国职业化进程