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    国内外交通隧道火灾安全研究现状及启示

    2015-11-02  来自: 保定铁锐新型建材制造有限公司 浏览次数:476

        自上世纪80年代后期,国际隧协提出“大力发展地下空间,开始人类新的穴居时代”的倡议以来,地下空间开发利用作为解决人口、环境、资源三大难题的重大举措,在世界各国得到了积极的响应。特别是城市交通隧道作为立体交通方式之一,不仅可以缓解城市交通压力,解决交通干线跨江越海受到的限制,而且可以缩短线路里程,降低对周围环境和人民生产、生活的影响。但是,在交通隧道给人们生产、生活带来便利,越来越多被使用的同时,作为主要灾害的火灾也频繁发生,并造成了巨大的社会影响和经济损失。例如公路隧道火灾方面,典型的案例有1998年中国盘陀岭第二公路隧道火灾,1999年勃郎峰公路隧道火灾,1999年托恩公路隧道火灾,2000年10月24日圣哥达公路隧道火灾,2002年1月10日中国甬台温公路猫狸岭隧道火灾,2002年巴黎A86双层隧道火灾以及2005年6月4日弗雷瑞斯公路隧道火灾等。地铁火灾方面,典型的案例有1987年11月18日伦敦国王五十字街地铁车站火灾,1995年10月28日巴库地铁火灾以及2003年2月18日大邱地铁火灾等。此外,我国北京、上海等城市的地铁在运营过程中也发生过多起火灾,造成了严重的人员伤亡和财产损失,例如1969年11月11日,北京地铁万寿路至五棵松区间发生火灾,大火烧了6个小时,中毒窒息200余人,死亡3人,烧毁两辆机车。

      由于交通隧道环境的封闭性,火灾时,排烟与散热条件差,温度高,会很快产生高浓度的有毒烟雾,致使人员疏散困难、救火难度大,损坏程度严重?;鹪植坏岬贾抡跸呗方煌ǖ奶被?,极大的影响正常的生产和生活的进行,导致社会经济的损失。同时火灾会带来严重的社会负面影响,降低公众对隧道安全性的信任。此外,火灾后的损伤评估、修复加固以及正常使用功能的恢复都会耗费相当数量的人力、物力和财力,特别是对于高水压环境下的水下隧道,还存在由于结构被破坏而导致隧道无法修复的可能。因此,在地下空间开发逐渐深入的背景下,如何保证交通隧道的火灾安全性是一个非常重要的问题。本文论述了国内外交通隧道防火的现状及进展,并建议了国内交通隧道防火亟需开展(深化)的研究工作。

    一、 国外交通隧道火灾安全研究的现状及发展趋势

    (一) 研究活动

      世界各国对于隧道火灾的研究都非常重视。国际隧道协会ITA(International Tunnelling Association)下设两个工作组开展隧道及地下工程火灾安全方面的研究:(1)Working Group 5 Healthy and Safety;(2)Working Group 6 Repair and Maintenance of Underground Structures。此外,2005年新成立了COSUF(the ITA Committee on Operational Safety of Underground Facilities),进行地下空间的安全运营方面的研究。国际道路协会PIARC(World Road Association)C5技术委员会(PIARC Committee on Road Tunnels)下设有Working Group No.6 Fire and Smoke Control工作组,开展隧道火灾方面的研究工作。此外,荷兰TNO(Netherlands Organization for Applied Scientific Research);瑞典SP Fire(Swedish National Testing and Research Institute),德国STUVA(Research Association for Underground Transportation Facilities);挪威SINTEF/NBL(Norwegian Fire Research Laboratory)以及瑞士VSH(VersuchsStollen Hagerbach AG Hagerbach Test Gallery Ltd.)等在隧道防火领域的研究活动都非?;钤厩掖τ诹煜鹊匚?。

      欧洲是世界上开展隧道火灾研究最为活跃的区域。已开展和正在进行的防火研究项目主要有:

    (1)EUREKA EU 499: FIRETUN-Fires in Transport Tunnels

      1990-1992年,由德国STUVA和iBMB发起,芬兰、挪威、奥地利、法国、英国、意大利、瑞典、瑞士等国家参与进行了该项目。项目共进行了20多次足尺火灾试验,试验目的是研究火灾时隧道内的温度分布及高温对隧道衬砌的损伤。

    (2)DARTS(Durable And Reliable Tunnel Structures)

      该项目由8个欧洲研究机构发起,于2001年3月启动,历时3年。项目研究内容和取得的成果包括:形成了考虑结构可靠度、技术实力、地层状况、服务寿命设计、灾难设计、环境因素、社会因素、耐久性以及经济因素等在内的一套集成的隧道设计流程。

    (3)FIT(Fire In Tunnels)

      该项目2001年启动,历时4年。12个欧洲国家的33个机构参与了该项目。该项目的目的是建立一个发布和共享隧道火灾研究成果的平台(基于Internet的火灾咨询数据库),并为火灾设计、火灾安全管理等提供建议。该平台涵盖了公路、铁路和地铁隧道火灾。建立的数据库内容包括:1)当前隧道火灾安全的研究项目情况;2)世界各国隧道火灾试验场所的分布和相关信息;3)隧道火灾相关的数值模拟软件综述;4)隧道火灾安全装备方面的数据;5)隧道火灾的评估报告;6)世界各国隧道安全性提升方面的研究综述和研究活动分布。

    (4)UPTUN(Cost-effective, Sustainable and Innovative UPgrading Methods for Fire Safety in Existing TUNnels)

       该项目是由欧洲委员会(European Commission)发起,由42位隧道专家(18个欧洲国家)建立的一个针对欧洲既有隧道火灾安全的大型研究项目。该项目2002年启动,历时4年。该项目的研究目的是:

    1、针对既有隧道,发展新的隧道火灾探测、监控、减灾方法(包括人的行为反应研究以及隧道结构的防护措施等)。

    2、发展、验证和完善合理的隧道火灾安全等级评估方法,包括决策支持模型,信息分发等。

      该项目的研究内容包括:(1)WP1火灾预防和监控;(2)WP2火灾的发展过程和灭火方法;(3)WP3火灾情况下人的反应;(4)WP4火灾影响及隧道结构的火灾反应;(5)WP5安全等级评估和既有隧道的改进;(6)WP6火灾影响及隧道系统的响应以及7)WP7成果发布、培训。

    (5)Safe Tunnel(Safety in Road Tunnels)

       该项目2001年启动,历时3年。共有9个研究机构参与。项目的主要目的是减少公路隧道火灾事故的数量和引起的后果。

    (6)SIRTAKI(Safety Improvement in Road& Rail Tunnels using Advanced Information Technologies and Knowledge Intensive Decision Support Modes)

      该项目由12个欧洲机构发起,于2001年启动,历时3年。项目的主要研究目标是改革目前隧道安全和应急的运营管理理念。

    (7)Virtual Fires(Virtual Real Time Emergency Simulator)

      该项目2001年启动,历时3年。共有来自8个研究机构参与。项目的主要研究目标是开发可行的隧道火灾模拟系统,以便消防队员在计算机模拟的虚拟火灾场景下进行隧道灭火的训练。

    (8)Safe-T(Safety in Tunnels)

      该项目2003年启动。项目的主要目标是通过调研、评估收集的火灾实践信息,为欧洲隧道的火灾安全提供全面可行的解决方案(包含人员逃生、事故管理、风险评价、交通控制、立法、技术标准以及培训等)。

    (9)L-SURF(Design study for Large Scale Underground Research Facility on Safety and Security)

      该项目2005年启动,历时3年。该项目的研究目标是:1)克服目前欧洲隧道火灾研究主要以国家为单位的模式,形成的系统的能够充分共享资源的包含研究、培训、教育等成体系的泛欧洲研究实体L-surF,使得使得L-surF在欧洲的地下空间安全研究领域发挥主要的作用;2)以L-surF研究实体为依托,建立大型的隧道及地下空间火灾安全研究设施(设备及模型隧道等)。

    (10)SOLIT-(Safety of Life in Tunnels)

      该项目在德国开展,主要研究内容包括:1)水喷淋系统用在隧道内的可靠性和生命周期;2)建立隧道内水喷淋系统的试验和性能评估方法。在该项目框架内,建立了足尺火灾模型隧道进行试验。模型隧道长600m,断面高8.15m,支持纵向/横向通风,配备有先进的数据测量、采集系统,如图1所示。

     模型隧道布置

      此外,1987年,为研究在乘客与其车辆不分离的情况下,通过海峡隧道的安全性,欧洲进行了隧道内火灾发展过程、火灾在隧道内车辆间的传播特性的试验以及足尺隧道内的疏散试验。2002年,为了检验修复后的Mont Blanc隧道的火灾安全性,对隧道内的通风系统、逃生救援系统进行了火灾试验。美国在隧道火灾方面进行的研究主要有:1993-1995年,美国马萨诸塞州高速公路局和联邦公路管理局在佛吉尼亚纪念隧道(Memorial Tunnel)进行的足尺火灾通风试验,即MTFVTP(Memorial Tunnel Fire Ventilation Test Program)。项目的主要目标是研究不同通风系统的烟气控制效果以及泡沫喷淋对油池火灾的作用[5]。日本在隧道火灾方面研究主要有:2001年开展的大断面公路隧道足尺火灾试验;盾构隧道复合管片耐火试验等。

    (二) 相关规范、标准、导则

      在隧道结构防火方面,国际隧协WG6发布了《Guidelines for Structural Fire Resistance for Road Tunnels》导则,对公路隧道衬砌结构防火中火灾场景的确定、隧道分类、衬砌材料高温性能、防火?;ご胧┑忍峁┝讼嘤Φ慕ㄒ楹鸵?,该导则仍是基于处方式的设计提出的,没有体现性能化设计的思想[7]。国际道路协会PIARC的WG61999年发布了《Fire and Smoke Control in Road Tunnels 05.05.B》(1999);2002年发布了《PIARC Proposal on the Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures》,2004年发布了《Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels》等导则,在隧道火灾场景确定、烟流控制、结构耐火设计准则等方面提高了详细的要求和建议。

      欧盟对欧洲的公路、铁路隧道发行了指导性文件,包括:1)《Directive 2004/54/EC Minimum Safety Requirements for Tunnels in the Trans-European Road Network》;2)《Directive 2004/49/EC Safety on the Community’s Railways》;3)《Directive 1995/18/EC The Licensing of Railway Undertakings(修订版)》;4)《Directive 2001/14/EC The Allocation of Railway Infrastructure Capacity and the Levying of Charges for the use of Railway Infrastructure and Safety Certification》。

      德国1985年制定了《RABT Guidelines for Equipment and Operation of Road Tunnels》,1994年进行了次修订,2003年进行了第二次修订。1995年又制定了《ZTV-Tunnel Additional Technical Conditions for the Construction of Road Tunnels》,其中对隧道内升温曲线以及结构的防火措施进行了规定。铁路隧道方面,1997年德国制定了《EBA-Ril Structural and Operational Demands for the Protection against Fire and Catastrophes in Railway Tunnels》,对隧道内逃生通道、紧急出口、照明、信号指示、紧急通讯等进行了规定。地铁方面,德国1987年制定了《Guidelines for Construction and Operation of Trams and Subways》,1991年制定了《BOStrab-Tunnel Construction Guidelines》对隧道出口、紧急通道、紧急照明、供电等进行了规定。

      荷兰制定了《TNO 98-CVB-R1161 Fire Protection for Tunnels》、《TNO BI-86-64/00.65.8.0020 Specifications for Temperature Resistance of Boosters and Description of Testing Method》,对隧道火灾场景的确定、隧道结构的耐火测试方法进行了规定;英国制定了《BD78/99 Design Manual for Roads and Bridges》用于指导运用消防安全工程方法对隧道进行防火设计;法国2002年制定了《Risk Studies for Road Tunnels, Methodology Guideline(Preliminary version)》,其中给出了典型火灾的热释放率、CO、CO2生成量及氧消耗量;瑞典制定了《Tunnel 99》,其中第四节对隧道防火作了专门规定,包括火灾探测、烟流控制、逃生救援等内容。日本制定了《日本建设省道路隧道紧急用设施设置基准》,根据隧道长度和交通量对公路隧道的火灾防护提出了要求。

      美国消防协会NFPA制定了《NFPA 502 Standard for Road Tunnel,Bridges,and other Limited Access Highway》,对不同类型隧道的消防要求进行了规定,包括火灾探测、火灾通风、火灾消防设备。美国联邦公路管理局FHWA发布了报告《Prevention and Control of Highway Tunnels Fires(FHWA/RD-83/032)》,对既有、新建隧道的火灾逃生、火灾风险分析及控制、火灾损害以及火灾救援等提供了建议。此外,1991年,ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers)发布了手册《Handbook HVAC Applications,part 13》。

    二、我国交通隧道火灾安全的研究现状及需要开展的工作

    (一)我国交通隧道火灾安全的研究现状

      与国外相比,国内不仅开展的研究项目较少,而且也不成系统公路(地铁)隧道方面,开展的隧道火灾研究项目主要有:2001-2004年,西南交通大学针对目前国内最长的公路隧道-秦岭终南山特长公路隧道(18 km)而开展的系统的防灾救援技术研究(《秦岭终南山特长公路隧道防灾救援技术研究》)。该项目通过大比例火灾模型试验,对长大公路隧道内火灾规律、竖井模型下的火灾通风技术、紧急逃生策略等进行了深入的研究。2004年立项,由同济大学承担的上海市重大科技攻关计划子项——地下空间防灾安全关键技术及其应用对隧道及地下工程(包括越江隧道、地铁)灾害规律,灾害检测预警关键技术,安全逃生和消防救援技术以及防灾抗灾先进管理技术等进行了系统的研究(图2)。对二郎山公路隧道火灾后的通风对策及应对措施进行了初步探讨。此外,依托于具体的工程,我国有关单位也开展了公路隧道防灾方面的研究。铁路隧道方面,针对油罐车火灾,国内以铁科院西南分院为代表的研究机构开展了多项研究:1)1988年结合大瑶山隧道,开展了《长隧道火灾报警与消防方法的研究》。2)1990年,开展了《长隧道火灾救援列车可行性论证》;3)1992年,开展了《隧道消防技术的研究》(92G19),研究内容包括(a)92G19-A运营隧道消防技术条件;(b)92G19-B长隧道消防常备技术措施的研究;(c)92G19-C长隧道火灾移动式救援列车初步方案研究;(d)92G19-D隧道火灾事故发生的原因;(e)92G19-E隧道油类火灾封堵现场快速监测及防范措施;(f)92G19-F火灾隧道洞口的简易封堵灭火方法及设备的研究设计;(g)92G19-G隧道自反应灭火器具的研究;(h)92G19-H长隧道熔缆式定温自动报警系统;(i)92G19-I隧道衬砌结构火灾损伤评定方法及加固措施的研究。3)1995年,开展了《特长隧道运营综合防灾技术应用方案的研究》(95G48-T)。4)1997年,开展了《沉管隧道火灾可能性分析及火灾防治研究》。此外,在铁路隧道油罐车火灾后安全启封时间、火灾后迅速灭火方法、油罐车火灾预防措施等方面也开展了相关的研究。

    (二)需要开展的工作

      目前国内外对于隧道防火研究的重要性和必要性已达成共识,并开展了较多的研究工作,取得了一定的成果,为提高隧道的安全运营发挥了积极的作用。但是,对我国而言,交通隧道防火研究起步较晚,成果不够系统,尚不能满足工程建设的需要。随着我国地下空间开发的深入进行,交通隧道防火有大量的课题需要深入研究,以便为设计、施工和运营安全提供技术保障,确保地下空间的安全开发和利用。

    (1)火灾工况下,交通隧道内烟气流动蔓延及温度传播分布规律

      研究火灾时,交通隧道内烟流的分布蔓延规律;温度分布、发展变化规律。

    (2)火灾工况下,交通隧道内通风控制技术

      根据交通隧道内烟流流动规律,结合隧道安全等级、防火区段的划分、横通道的设置、可能的排烟路径以及人员疏散方案,建立火灾烟流控制技术及通风组织方案;火灾工况通风排烟方案与正常运营工况通风方案的协调和统一。

    (3)交通隧道火灾场景设计方法

      建立全面反映隧道火灾特点、隧道重要性、隧道所处地质条件、隧道火灾后果、结构修复加固可能性等影响因素的火灾场景设计方法。

    (4)交通隧道衬砌结构体系的火灾安全性与防火?;ぜ际?/p>

      研究隧道衬砌结构体系火灾高温力学反应、薄弱环节、火灾安全性及隧道衬砌体系的防火设计、?;ぜ际?;交通隧道衬砌结构体系的性能化防火设计方法。

    (5)交通隧道火灾监测预警技术

    (6)交通隧道火灾救援技术

      紧急情况下人员心理状态;紧急情况下人员逃生方案;紧急情况下车辆疏散方案及设计;疏散逃生的计算机仿真。

    (7)交通隧道火灾综合防救灾体系

      根据隧道实际状况,利用计算机技术,编制数字化应急疏散预案,建立基于预案的交通隧道综合防救灾系统。

    (8)交通隧道火灾安全分析与评估

      基于对交通隧道火灾规律的认识,建立交通隧道火灾安全的评估体系是方法。

    (9)地下空间综合防灾减灾试验平台建设

      建立可以开展系统的地下空间主要灾害(火灾、水灾)研究的综合试验平台。通过该实验平台可以为地下空间的开发利用在灾害规律研究、防灾减灾技术、救援技术方面提供有力的技术支撑。

    三、结论

      城市地下空间开发是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》重点领域“城镇化与城市发展”的一个优先主题,是城市功能提升与空间节约利用的重要技术支撑。对上海市而言,地下空间的开发利用也是解决中心城区容积率过高、土体紧缺的重要途径,地下空间开发的潜力巨大。因此,在这样的大背景下,借鉴国外地下空间防火安全的成功经验,同时,针对我国的具体情况,开展系统的防火研究,对于保障我国地下空间安全、可靠的开发利用具有重要的意义。特别是对于上海市,系统的交通隧道防火技术,不仅是上海市今后地下空间开发利用的强有力的技术支撑和安全保障,同时对于提升既有交通隧道(越江隧道、地铁隧道等)的火灾安全也具有重要的价值。


     保定铁锐新型建材制造有限公司产品类型主要有地铁疏散平台,组合式围墙,装配式围墙,水泥基复合盖板,水泥基电缆沟槽,RPC盖板系列产品   

    咨询电话:18733899978

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