公路隧道橫通道防火避難設(shè)計研究

張 波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

火災(zāi)是公路隧道最常見也是危害最大的災(zāi)難。歷史上發(fā)生過很多隧道火災(zāi)，造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。1999—2001年，歐洲先后發(fā)生了3起雙向交通特長隧道火災(zāi)，其中，圣哥達隧道火災(zāi)中被困車輛最多，但死亡人數(shù)較少。其原因是圣哥達隧道中設(shè)置了隧道橫通道，作為避難疏散通道，供被困駕乘人員安全疏散使用，有100多人從該通道中逃生，得以生還。而勃朗峰隧道火災(zāi)事故死亡的人數(shù)最多，原因之一就是未設(shè)置避難疏散的橫通道。

鑒于歷史上眾多深刻的教訓，公路隧道內(nèi)設(shè)置有人行橫洞和車行橫洞，當火災(zāi)發(fā)生后，人員從人行橫洞和車行橫洞內(nèi)逃往另一條隧道，進而逃離火災(zāi)危險區(qū)域?？梢哉f，一旦發(fā)生火災(zāi)，隧道內(nèi)的橫通道是人員逃生的救命線，對橫通道火災(zāi)避難設(shè)計應(yīng)給予足夠的重視。

1 公路隧道火災(zāi)的特點分析

通行車輛是公路隧道的基本功能，車輛起火是引起公路隧道火災(zāi)的主要原因，而隧道越長就越接近于密閉空間。這些基本設(shè)定決定了公路隧道火災(zāi)具有以下特點。

1.1 火勢蔓延快

隧道內(nèi)接近于密閉空間，火災(zāi)發(fā)生后大多數(shù)熱量被隧道頂、壁吸收。同時，熱的煙氣層和頂壁通過輻射將熱傳遞給火焰而加劇火災(zāi)的發(fā)展速率。隧道火災(zāi)如果不能在引燃階段撲滅，火情就會迅速擴展，并伴隨著急速升溫。

隨著熱的煙氣層的擴散，熾熱的煙氣又會將沿途的可燃物加熱引燃，以至引起火源的“跳躍”。據(jù)研究表明，這種火源跳躍的距離可超過50倍隧道直徑。

1.2 煙霧傳播快，容易誘發(fā)二次交通事故

火災(zāi)將會產(chǎn)生大量的煙霧和有害氣體，主要是一氧化碳。若沒有有效的排煙措施，煙霧將很快擴展到整個隧道。研究表明，在洞內(nèi)空氣流速小于0.5 m/s條件下，轎車起火燃燒4 min后，煙霧將擴展到距離火源400 m的隧道兩側(cè)[1]。

隧道內(nèi)接近于密閉空間，產(chǎn)生的煙霧不能散發(fā)，會使隧道內(nèi)的能見度降低，隧道能見度下降以及駕駛員急于逃生的心理都容易引發(fā)二次交通事故。

1.3 逃生時間緊張，救援滅火困難

研究表明，隧道內(nèi)產(chǎn)生火災(zāi)后，起火后的4～10 min內(nèi),隧道內(nèi)的溫度就會達到最高；隧道內(nèi)的最高溫度可達到1 000℃以上。

人員在疏散時的最高空氣溫度不應(yīng)超過80℃，在此溫度下的人員耐受時間僅為15 min左右。模擬實驗表明，雙車道公路隧道內(nèi)一輛小汽車著火，火點下游40 m處溫度達到80℃所需時間不到4 min[2]。因此在火災(zāi)發(fā)生時，如果要盡量減少人員傷亡，就需要充分利用火災(zāi)初期寶貴的逃生時間。

人員正常疏散速度為1.5 m/s?；馂?zāi)時，隧道內(nèi)充滿了高溫有毒氣體，在高溫、缺氧、能見度低的情況下，人員和車輛疏散較為困難。假設(shè)在這樣的情況下人員疏散速度為1 m/s。如果需要行進180 m到達避難橫通道就需要3 min，事實上，考慮現(xiàn)場慌亂、心理緊張等因素的影響，可能疏散所需要的時間更長，更何況還存在老人、小孩、傷殘人士等行動不便的群體。所以隧道火災(zāi)發(fā)生時，逃生時間是非常寶貴和緊張的。

如果隧道內(nèi)交通量較大，在火災(zāi)中滯留車輛較多，阻塞道路，導致救援消防車輛無法第一時間到達火災(zāi)現(xiàn)場。一定程度上加劇了救援滅火的難度。同時，如果火勢已經(jīng)開始蔓延，在高溫濃煙的阻隔下，消防人員也難接近火場，這些因素都使得隧道救援滅火非常困難。

2 公路隧道橫通道防火避難設(shè)計原則

鑒于對公路隧道火災(zāi)的特點分析，隧道的消防與避難設(shè)施的設(shè)計原則應(yīng)為：以逃生為主、滅火為輔；自救為主、外部救援為輔。

當火災(zāi)發(fā)生后，在危險區(qū)域內(nèi)，司乘人員應(yīng)該棄車逃走，不可以掉頭或者倒車避免發(fā)生交通事故；逃生時應(yīng)該沿著隧道的內(nèi)側(cè)，從橫通道前往對向隧道并進一步離開危險區(qū)域。通過隧道橫通道逃生是人員在隧道火災(zāi)中逃生的主要方法。

因此，就公路隧道橫通道防火避難設(shè)計來說，應(yīng)保證：逃生人員能夠盡快地找到橫通道，并能在不需要救援人員的幫助下，方便地使用橫通道進行逃生；并且要保證逃生人員在橫通道內(nèi)的安全，避免人員在逃生過程中發(fā)生二次交通事故。

3 公路隧道橫通道防火避難設(shè)計分析

3.1 橫通道縱坡設(shè)計

公路隧道橫通道在設(shè)計時，僅考慮了縱向排水及車輛行駛和人員步行的需要，一般設(shè)置單向縱坡。

而隧道內(nèi)火災(zāi)多屬于油類火災(zāi)（汽油、煤油、柴油等的火災(zāi)）。對于油類火災(zāi)，當橫通道設(shè)計為單向縱坡時，如果火災(zāi)發(fā)生在標高較高的一側(cè)隧道內(nèi)的話，可燃性液體可能順著縱坡方向朝橫洞和相鄰隧道流散，造成火勢向橫洞和相鄰隧道蔓延。因此在橫通道縱坡設(shè)計時應(yīng)考慮防火需要進行綜合設(shè)計。

3.2 車行橫洞的合理設(shè)置分析

以雙向通行的雙車道公路隧道為例，方案一是車行橫洞的一種常見布置形式，其布置示意圖見圖1。

圖1 車行橫洞布置方案一

該方案為方便車輛轉(zhuǎn)彎駛?cè)胲囆袡M洞，在車行橫洞和主洞方向設(shè)置了一個斜交的角度。

這樣設(shè)置可能面臨的問題有：

a)假設(shè)當駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有火情，需要駛?cè)胲囆袡M洞內(nèi)避險時，當駛出車行橫洞時，由于對向車道行駛車輛很難發(fā)現(xiàn)橫洞中突然駛出的車輛，非常容易與對向隧道行駛車輛在沖突點發(fā)生事故。

圖2 狀況a示意圖

b)車輛在通過車行橫洞進入對向隧道后，若要與對向隧道車輛行駛方向相同則需轉(zhuǎn)向。車輛轉(zhuǎn)向不便，會延誤疏散時間；并且轉(zhuǎn)向時隧道內(nèi)對向車道通行車輛都會受到影響。

圖3 狀況b示意圖

c)車輛在通過車行橫洞進入對向隧道后，若要反向離開，必須需要工作人員配合，建立交通管制方案，預(yù)先封閉一條車道，清空行駛車輛，避免避險車輛與對向行駛車輛發(fā)生碰撞事故。這樣就必須等待工作人員配合，會耽誤逃生時間。

圖4 狀況c示意圖

上述狀況下，顯然對緊急狀況下車輛救援逃生不利。對比方案二，駕駛員駛離橫通道后，進入停車緩沖區(qū)域，然后匯入對向隧道行駛車流，并進一步駛離危險區(qū)域。避免了狀況a、b、c的出現(xiàn)，有利于避險車輛的安全，減少了逃生時間延誤。

圖5 車行橫洞布置方案二

這里需要指出的是停車緩沖區(qū)域的設(shè)置是為了方便車輛駛?cè)牒婉偝鲕囆袡M洞，功能并不同于緊急停車帶，原有緊急停車帶仍需設(shè)置，位置可根據(jù)情況適當調(diào)整。停車緩沖區(qū)域需要配合相應(yīng)的標志標線提醒駕駛員由此駛?cè)胲囆袡M洞進入對向隧道進行避險。

對比方案一，方案二加大了車行橫洞處主洞的凈空斷面，對原有車行橫洞的結(jié)構(gòu)受力也有影響，加大了設(shè)計施工難度，雖然縮短了車行橫洞長度，但是工程造價還是會有所上升。但是即便如此，相比能夠提高人員逃生救援的效率，節(jié)約火災(zāi)發(fā)展初期人員逃生的寶貴時間，筆者認為還是值得的。

3.3 車行橫洞設(shè)計應(yīng)考慮人車混行的情況

一般在公路隧道橫通道設(shè)計時，人行橫洞與車行橫洞每隔一定距離間隔布置。

人員在逃生過程中會通過最近的橫通道逃生，并不會因為是車行橫洞而前往下一條橫通道。因為是用于逃生的最近橫通道，很可能會有車輛選擇該條車行橫洞避險，所以車行橫洞在緊急情況下會出現(xiàn)人車混行的情況。因此，車行橫洞在設(shè)計時在滿足車輛建筑限界的基礎(chǔ)上，要為行人適當留有步行空間。

圖6設(shè)計中雖然滿足了建筑限界的要求，但是車行橫洞側(cè)向僅有50 cm的步道對逃生人員的安全不利，最少應(yīng)該設(shè)置1 m的步道，以保證人車混行情況下行人的安全。

圖6 車行橫洞設(shè)計示意圖

3.4 車行橫通道重點考慮大型車的通行需要

車行橫通道的設(shè)計只能并排通過一輛車，當隧道內(nèi)車流量較大時，一旦發(fā)生火災(zāi)，被困車輛較多，車輛需要排隊通過車行橫洞離開。隧道火災(zāi)發(fā)生時，火勢蔓延往往很快，煙氣使得隧道內(nèi)能見度降低。同時由于火勢蔓延使得駕駛員逃生心切，在車輛排隊駛往車行橫洞的過程中往往容易發(fā)生擠碰，出現(xiàn)交通事故，造成道路阻塞，耽誤更多的逃生時間。

所以，如果人員判斷處于危險距離以外，有充足的排隊等待時間，此時可利用車行橫洞駛往對向車道離開。距離火災(zāi)地點較近的車輛駕駛員應(yīng)該盡量將車輛靠邊停放后棄車逃生，車行橫通道應(yīng)盡量留給需要盡快離開危險地帶的車輛，比如油罐車、危險化學品運輸車等。同時車行橫洞也是消防車等救援車輛前往火場救援的通道。所以車行橫通道的內(nèi)輪廓除了一定要滿足建筑限界的要求外，還要重點考慮上述大型車輛通行以及和逃生人員混行的情況，留夠足夠的內(nèi)輪廓空間。

4 結(jié)語

當隧道火災(zāi)發(fā)生時，人員的逃生時間是非常寶貴的。隧道車行橫洞與人行橫洞是人員逃生的主要通道，在設(shè)計時要考慮緊急狀況下人員逃生的需要，要保證人員逃生時的安全，避免因為設(shè)計原因?qū)е氯藛T逃生受到延誤。本文重點分析了隧道車行橫洞與人行橫洞設(shè)計中的一些不足之處，并提出了改善建議，可供設(shè)計人員分析參考。