趙世超 姜學(xué)鵬 蒲婷

(1.濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)有限公司 濟(jì)南 250131； 2.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 武漢 430081)

0 引言

公軌雙層共管合建隧道上層為公共道路、下層為軌道交通空間，比傳統(tǒng)單層隧道更節(jié)省地下空間，但其空間較為密閉，排煙較為困難，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成十分嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡事故，且同時(shí)滿足兩種交通方式，對疏散救援要求更高。

火災(zāi)時(shí)，隧道內(nèi)人員及車輛的具體疏散方式及方向、火源的位置，影響著火勢的發(fā)展、火災(zāi)的撲救和人員疏散的困難程度；疏散口的間距的合理設(shè)置也是人員安全疏散的重要保障。部分學(xué)者針對隧道內(nèi)人員疏散及救援開展了相關(guān)研究，馬偉斌等[1]從施工和運(yùn)營方面闡述了鐵路長大隧道防災(zāi)疏散救援技術(shù)體系，提出了救援總體原則和疏散救援預(yù)案；鄧敏等[2]對單洞雙層盾構(gòu)隧道疏散路徑及疏散口尺寸進(jìn)行了研究；方銀鋼等[3]分析了上海長江隧道公路層火災(zāi)正常運(yùn)營工況和堵塞工況下疏散救援措施。以上研究僅包含公路層或軌道層火災(zāi)，本文將對公軌雙層共管合建隧道公路層和軌道層地鐵分別發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行疏散救援措施研究，以期為該類隧道火災(zāi)疏散救援提供參考依據(jù)。

首先對公軌雙層共管合建隧道火災(zāi)時(shí)，公路隧道層人員及機(jī)動(dòng)車輛和軌道層列車乘客的疏散方式及應(yīng)急處置方式進(jìn)行分析，然后以濟(jì)南黃河公軌雙層共管合建隧道為例，上層公路隧道和下層軌道交通隧道分別發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對隧道疏散救援系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的合理性進(jìn)行評估。

1 公軌雙層共管合建隧道火災(zāi)疏散方式研究

公軌雙層共管合建隧道上下層共用疏散通道，設(shè)置在軌道交通層。通常，交通流被劃分成暢通和阻塞2種狀態(tài)[4]。公路隧道火災(zāi)時(shí)，考慮最不利于人員疏散情況，機(jī)動(dòng)車輛處于阻塞狀態(tài)，火源正對一疏散樓梯口，人員利用就近樓梯疏散至疏散通道；軌道層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，考慮列車失去動(dòng)力迫停于隧道內(nèi)，利用疏散口進(jìn)入疏散通道疏散。必需疏散時(shí)間由報(bào)警時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和疏散行走時(shí)間組成，其中報(bào)警及響應(yīng)時(shí)間為120 s[2]。

1.1 公路層隧道火災(zāi)疏散方式

當(dāng)公路層發(fā)生交通事故時(shí)，人員在阻塞工況下進(jìn)行疏散，其疏散方向如圖1所示[3]?；鹪粗蟮能囕v因無法繞過火源而停車疏散，火源和交通事故車輛之間的車輛因阻塞而停車疏散，人員疏散路徑采用就近原則，事故車輛之前無煙區(qū)的車輛可繼續(xù)前行。向火源下游通風(fēng)，煙氣在下游聚集會危害事故車輛與火源點(diǎn)之間的人員安全，因此應(yīng)在事故車輛與火源點(diǎn)之間的人員全部進(jìn)入疏散通道后再進(jìn)行通風(fēng)排煙，使得該段道路處于煙氣自由蔓延狀態(tài)，其可用安全疏散時(shí)間小于火源上游的可用安全疏散時(shí)間。

圖1 公路層火災(zāi)人員疏散路徑

1.2 軌道層隧道火災(zāi)疏散方式

軌道層列車人員乘車均經(jīng)過安全檢查，不會攜帶易燃易爆物品，另根據(jù)美國運(yùn)輸安全局(National Transportation Safety Board)的調(diào)查結(jié)果，約有90%的列車火災(zāi)為電氣火災(zāi)，且由于列車使用的高負(fù)荷電氣設(shè)備大多位于列車下方，約有65%列車火災(zāi)發(fā)生于車底。列車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在動(dòng)力允許的情況下應(yīng)盡量駛向相鄰車站疏散，當(dāng)被迫停在隧道內(nèi)時(shí)考慮火源位置分為列車頭部、中部和尾部，若火災(zāi)發(fā)生在車頭或車尾，需疏散的人員集中在火源一側(cè)，可以臨界風(fēng)速通風(fēng)將煙氣控制在火源另一側(cè)，人員疏散較安全，因此最危險(xiǎn)火源位置為中間車廂。

火災(zāi)發(fā)生在列車中部時(shí)，此種情況下若不通風(fēng)排煙，煙氣自由蔓延沉降較為迅速，火源兩側(cè)人員均易受到煙氣產(chǎn)生的高溫、CO等傷害，無法保證人員安全疏散；可向火源下游通風(fēng)，煙氣在下游聚集，因列車密閉性較好，不會對下游車廂內(nèi)的人員產(chǎn)生危害，火源下游的乘客通過列車內(nèi)部通道向上游車廂疏散，經(jīng)車廂側(cè)門下至疏散平臺或經(jīng)車廂端門進(jìn)入道床，通過疏散門進(jìn)入疏散通道，見圖2。

圖2 軌道層火災(zāi)人員疏散路徑

2 濟(jì)南黃河隧道火災(zāi)疏散安全評估

本文以濟(jì)南黃河公軌雙層共管合建隧道為例進(jìn)行分析，其分析過程也適用于其他公軌雙層共管合建隧道工程。上層為公路層, 下層為軌道交通層、排煙道、疏散通道和共同管廊。共用疏散通道通過防火墻與軌道行車空間分隔，其寬度為1.7 m。上層公路隧道每隔一定間距設(shè)置疏散樓梯，其寬度為0.8 m；下層軌道交通隧道在防火墻內(nèi)側(cè)設(shè)置寬度為0.75 m的疏散平臺，并在防火墻上每隔一定間距設(shè)置疏散門，其寬度為0.9 m。隧道內(nèi)人員安全疏散的關(guān)鍵是必需安全疏散時(shí)間小于可用安全疏散時(shí)間[5]。

2.1 公路層隧道疏散安全評估

可用安全疏散時(shí)間按照《道路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ08—2033—2017)[6]規(guī)定取值為900 s。上層公路隧道為城市快速路，通行小客車、大客車與小貨車，其車型比例及尺寸如表1所示。公路層道路為單向3車道，共6車道。疏散口間距為75 m。人員比例及行走速度按照《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10020—2017)[7]要求。《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3370.1—2018)[8]規(guī)定：長度大于1 000 m的隧道，阻滯段宜按每車道長度為1 000 m計(jì)算。取隧道長度1 km，車輛前后間距1 m，則車輛總數(shù)為517輛，火災(zāi)發(fā)生時(shí)隧道內(nèi)滯留3 385人。

表1 隧道內(nèi)車型比例及尺寸分類

(1)大客車乘客共45人乘車，人員最多，且內(nèi)部通道狹窄僅0.35 m，易造成人員堵塞。模擬火災(zāi)發(fā)生120 s后人員開始疏散，122 s后第一人下車成功，最后一人在189.3 s后下車，模擬疏散圖見圖3。位于火源點(diǎn)與事故車輛之間的大客車可用安全疏散時(shí)間更少，對于疏散設(shè)施要求更高，若疏散過程中，大客車內(nèi)部通道處發(fā)生人員摔倒事件導(dǎo)致堵塞發(fā)生，會極大的增加人員必需安全疏散時(shí)間，使乘客處于更加危險(xiǎn)狀況。

圖3 大客車內(nèi)部疏散圖

(2)樓梯寬0.8 m，僅滿足人員單列疏散，疏散口處擁堵嚴(yán)重；人員通過疏散樓梯進(jìn)入疏散通道，疏散通道僅1.7 m，在疏散口處被樓梯占據(jù)部分寬度，導(dǎo)致疏散樓梯處的疏散通道出現(xiàn)堵塞情況，如圖4所示。

圖4 公路層隧道火災(zāi)人員疏散圖

(3)公路層人員全部進(jìn)入疏散通道內(nèi)的時(shí)間為785.28 s，小于可用安全疏散時(shí)間900 s，滿足人員安全疏散要求。

2.2 軌道層隧道疏散安全評估

人員可用安全疏散時(shí)間采用FDS模擬計(jì)算獲得。軌道交通層采用4動(dòng)2拖6輛編組A型車，編組型式為Tc-MP-M*M-MP-Tc?！兜罔F設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51298—2018)[9]指出地鐵列車的火災(zāi)規(guī)模通常取用7.5～10.5 MW，取其中的較大值10.5 MW為本項(xiàng)目的火災(zāi)熱釋放速率?；鹪次挥趨^(qū)段3中間列車中間外部，火災(zāi)增長系數(shù)為α=0.046 89(kW/s2)，采用南岸排煙道風(fēng)機(jī)排煙140 m3/s、北岸側(cè)風(fēng)井送風(fēng)140 m3/s的通風(fēng)排煙模式，見圖5。

圖5 軌道層隧道火災(zāi)人員疏散圖

A型列車總體尺寸為長140 m×寬3 m×高3.8 m，每節(jié)車廂單側(cè)車門數(shù)量為5個(gè)，寬1.4 m，車頭/車尾車廂設(shè)有緊急逃生門，寬1 m；每節(jié)車廂的最大載客量為310人/節(jié)，故列車定員時(shí)最大載客量為1 860人。人員比例及行走速度按照《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10020—2017)[7]要求。

(1)依據(jù)《NFPA130:2017美國軌道車輛材料防火測試標(biāo)準(zhǔn)》[10]中地面材料臨界熱輻射量測試標(biāo)準(zhǔn)，車廂底板隔離火焰至少需達(dá)到45 min(2 700 s)。因此人員需在列車保持完整性之前全部從列車內(nèi)疏散完畢。1～3節(jié)車廂必需安全疏散時(shí)間分別為722 s、1 018 s、1 352 s，均小于列車防火隔板耐火時(shí)間(2 700 s)，1～3節(jié)車廂乘客可安全疏散至4～6節(jié)車廂。疏散平臺僅0.75 m，供1股人流通行，導(dǎo)致列車側(cè)門處出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶虑闆r。

(2)模擬火源位于最危險(xiǎn)位置，正對疏散門，該疏散門不可用于人員疏散，極大的增加了人員疏散時(shí)間與擁堵情況，而且還會加劇人員的焦躁情緒, 容易造成次生事故的發(fā)生。

(3)隧道內(nèi)人員全部進(jìn)入疏散通道的時(shí)間為3 323.03 s，未超過可用安全疏散時(shí)間3 600 s，疏散設(shè)計(jì)滿足人員安全疏散要求。雖然疏散時(shí)間較長，但是由于隧道內(nèi)的通風(fēng)排煙系統(tǒng)很好的抑制了煙氣的回流，從而為火源上游人員的逃生提供了一個(gè)比較有利的環(huán)境。

3 疏散措施及建議

報(bào)警及人員響應(yīng)時(shí)間在必需安全疏散時(shí)間中占有較大的比例，減少報(bào)警和人員響應(yīng)時(shí)間對人員安全疏散十分重要。隧道內(nèi)應(yīng)采用消防報(bào)警系統(tǒng)、手動(dòng)報(bào)警、電話報(bào)警等相結(jié)合的方式以減少報(bào)警時(shí)間，當(dāng)明確報(bào)警信息時(shí)，及時(shí)通過廣播、顯示屏等方式告知隧道內(nèi)工作人員及乘客，采取相應(yīng)措施疏散。

火災(zāi)可劃分為3個(gè)階段：Ⅰ階段，燃料著火→升溫→冒煙及燃燒；Ⅱ階段，燃燒擴(kuò)散→燃燒高峰；Ⅲ階段，持續(xù)燃燒→火勢減弱→熄滅。疏散救援最有成效的是第Ⅰ、Ⅱ階段，火災(zāi)發(fā)生后，隧道內(nèi)工作人員在條件允許的情況下應(yīng)盡快采用相關(guān)消防設(shè)施滅火，減緩火勢發(fā)展，為人員疏散爭取更多的可用安全疏散時(shí)間。

救援階段也劃分為3個(gè)階段：Ⅰ階段，火災(zāi)發(fā)生后，司乘人員自救；Ⅱ階段，隧道工作人員接到報(bào)警信息后趕往現(xiàn)場救援；Ⅲ階段，消防專業(yè)人員接收到火災(zāi)信息后到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場滅火。車輛內(nèi)人員在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后應(yīng)第一時(shí)間報(bào)警，若火源點(diǎn)較小可利用車輛配備的滅火器滅火；隧道工作人員在核實(shí)信息后應(yīng)第一時(shí)間下達(dá)疏散指令。

3.1 公路層隧道疏散措施及建議

公路層隧道發(fā)生火災(zāi)最危險(xiǎn)狀態(tài)是道路處于阻塞狀態(tài)，此時(shí)隧道內(nèi)車輛最多，導(dǎo)致必需安全疏散時(shí)間最長，在日常預(yù)防火災(zāi)時(shí)應(yīng)盡量避免隧道內(nèi)車輛處于阻塞狀態(tài)。采取有效措施減緩疏散口處人員擁堵情況有利于減少人員必需安全疏散時(shí)間。

(1)隨意變道在飽和狀態(tài)交通流下易導(dǎo)致刮碰，而事故的發(fā)生往往導(dǎo)致交通中斷[11]。對隧道內(nèi)及隧道出入口位置隨意變更車道的車輛進(jìn)行自動(dòng)拍照取證，減少事故與火災(zāi)同時(shí)發(fā)生的可能性。

(2)隧道內(nèi)車輛間距較小時(shí)，容易造成追尾事故，增加火災(zāi)人員疏散困難，可采用安全車距取證系統(tǒng)在車輛正常行駛的情況下，對未按規(guī)定保持安全車距的車輛抓拍取證。

(3)公路層隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，出口處車輛駛離隧道，立即封閉入口，洞口情報(bào)板顯示“隧道火災(zāi)封道”、“禁止車輛駛?cè)搿钡葟?qiáng)制信息，實(shí)現(xiàn)車輛自然消散。

(4)火災(zāi)發(fā)生后，隧道內(nèi)工作人員做好疏散指揮工作，將堵塞較為嚴(yán)重的疏散口處人員引向次近疏散口疏散。

(5)火災(zāi)處置結(jié)束后，疏通隧道兩端車輛，開啟應(yīng)急救援通道，保證消防救援車輛人員通行。

3.2 軌道層隧道疏散措施及建議

(1)列車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在列車停下來之前，乘客應(yīng)向上游車廂疏散，待全部疏散至上游車廂后，關(guān)閉火源所在車廂的風(fēng)擋門，防止火災(zāi)向相鄰車廂蔓延。

(2)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，控制中心調(diào)度人員在綜合監(jiān)控調(diào)度工作站上啟動(dòng)區(qū)間火災(zāi)模式，通過一鍵模式下發(fā)控制指令，同時(shí)聯(lián)動(dòng)區(qū)間疏散指示設(shè)備和隧道風(fēng)機(jī)。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)[12]，疏散方向應(yīng)為迎風(fēng)方向，區(qū)間疏散指示方向和隧道風(fēng)機(jī)的風(fēng)向相反。

(3)疏散平臺寬度較小僅能單列行走，不利于人員快速疏散，乘客可利用道床行走至疏散門處再進(jìn)入疏散平臺。

4 結(jié)論

通過對公軌雙層共管合建隧道火災(zāi)公路層車輛和軌道層列車及人員疏散路徑分析，以濟(jì)南黃河隧道為例，驗(yàn)證了其疏散口間距滿足人員安全疏散要求，并提出了公路層通過采用監(jiān)控系統(tǒng)減小車輛行車間距以減少事故概率的措施，同時(shí)工作人員引導(dǎo)人員往次近疏散口減緩疏散口擁堵狀況；軌道層盡量駛向最近救援站疏散，若被迫就地停車可利用道床減少人員必需疏散時(shí)間。