维普资讯 http://www.cqvip.com ・市 政 工 ｌ１．疆・ 公路隧道火灾危险性分析及其防护 何 佳，徐志胜，倪天晓，李昀晖 （中南大学防灾科学与安全技术研究所，湖南长沙４１００７５） 【摘要】 近年来，我国公路隧道规模扩大的同时，其火灾风险也相应增加，且引发了不少严重的火灾 事故。通过回顾各国发生的公路隧道火灾事故，分析总结了公路隧道火灾发生的原因以及特性，提出了公路 隧道火灾的防护措施及建议，以期对我国公路交通隧道的消防安全设计、研究及其发展有所裨益。 【关键词】 公路隧道； 火灾； 危险性； 防护措施 【中图分类号】ＴＵ９９８．１２ 【文献标识码】Ａ ｌ 引 言 它们所载的货物有的是易燃易爆危险物品，遇明火发生燃烧 近年来，我国公路隧道里程延长迅速，而且规模越来越大。 或自燃。如１９４９年美国纽约“荷兰”隧道火灾，１９７７年日本 截止到２００１年底，我国共有公路隧道１ ７８２座，单洞总长７０５ ｋｉｎ， 都夫良野隧道火灾，都是由于货物遇火种引起燃烧造成的。 其中，３ ｋｍ以上的隧道共２２座。资料显示，在２１世纪前１Ｏ年， （３）车辆互相撞击起火。隧道内由于道路比较狭小，能 我国将有１５５ ｋｍ的公路隧道投入建设。但与此同时，道路交通 见度较差，情况比较复杂，容易发生车辆相撞事故。如１９７１ 流量和车辆及其运输物品变化也很大，不仅增加了交通隧道的 年日本关门隧道火灾，１９７８年荷兰凡尔逊隧道火灾，１９７９年 火灾风险，而且还引发了不少严重的火灾事故 －一表１是２Ｏ００ 日本烧津隧道火灾，都是由于在隧道内发生交通事故和车辆 年以来国内外公路隧道发生重大火灾的情况。 互相撞击引起的。 表ｌ 国内外公路隧道主要火灾情况 ３公路隧道的火灾特性 年份 隧道名称 长度 火灾持 火灾损失 ３．１隧道中存在的火灾隐患多 （ｍ） 续时间 ２ｏｏ０据国际消防技术委员会对多国隧道检查中发现，当前不 ．１１ 奥地利山地列车 ３３００ 死亡１５５人，伤 １８人 少隧道由于设计和管理差错，存在的火灾隐患有： ２００１．５ 意大利Ａ３２Ｐｒａｐｏｎｔｉｎ ４４０９ 关闭７天 （１）通风排气道少。由于隧道内通风排气道少，导致通 ２００１．１０ 瑞士Ａ２ｓＬ Ｇｏｔｔｈａｒｄ ｌ６９ｌ８ ３ｄ ２个月 严重受损，关闭 风不畅，温度上升快，许多有害气体滞留在隧道内，不但伤害 ２００２人体健康，还易发生火灾和爆炸，造成重大损失。 ．１ 猫狸岭隧道（浙江台州） ３５９０ ｌ２０ｍｉｎ 断交通ｌ８天 无人员伤亡，中 （２）缺少紧急进出口通道。大量的双向公路隧道只能从 ２００３．６ 弘智门隧道（韩国） ｌ８９０ 伤４ｏ人 两端进出。有些单向双车道隧道虽有少量互相借用的疏散 ２００５ 法国一意大利弗雷瑞斯 ｌ２８００ ６ｈ 严重破坏，关闭 隧道 数月，死２人 通道．但标志不醒目，或者被堵塞作为他用。一旦发生火灾 等灾难．不但消防和救护车辆无法迅速到达现场，遇难者也 鉴于以往的事故案例，隧道火灾不仅严重威胁人类的生 难以顺利逃出。 命和财产安全，而且可能对交通设施，人类的生产活动造成 （３）防火救护设备少。不少隧道内缺少灭火水源和灭火 巨大破坏。因此，对于隧道内火灾行为以及火灾防护的研 器。消火栓间隔太远，救护工具也很少 一旦发生灾情，现 究，制定一些技术要求和标准，确定合理有效的安全消防措 场人员无法及时灭火救灾。 施是非常必要的。本文回顾了各国发生的公路隧道火灾事 （４）通过隧道运输的危险物品多。隧道中经常通过运输 故，分析总结了公路隧道火灾发生的原因以及特性，提出了 化学物品和多种易燃易爆物品的车辆。由于空间狭窄、通风 公路隧道火灾的防护措施及建议，以期对我国公路交通隧道 不畅、许多有害物常滞留在隧道中，遇到高温和明火，极易发 的消防安全设计、研究及其发展有所裨益。 生火灾和爆炸。此外，还有许多人们不重视或不了解的危险 ２公路隧道发生火灾的原因 因素。如通过隧道运输的面粉、咖啡和奶粉等有机物粉末与 引起公路隧道火灾的原因是多方面的，具体分析起来， 隧道中灰尘混合后，遇到高温或明火时，同样会发生爆炸。 可归纳成以下几种。 ３．２公路隧道火灾的特点 （１）车辆火灾是隧道火灾的主要危险。车辆火灾主要是 隧道结构和设施复杂、出入口少、疏散线路长、通风照明 指车辆电气线路短路、汽化器失灵、载重汽车气动系统故障 条件差等复杂因素。从而决定了公路隧道火灾的特殊性’ 。 等引发的火灾，是隧道火灾的主要险源。如１９６４年日本关 门隧道大火，１９９１年上海延安东路隧道火灾就是汽车电气线 ［收稿日期］２００７—０１—１２ 路故障引起的。 ［作者简介］何佳（１９８３一），女，浙江龙游人，硕士研究 （２）货车上的货物引起火灾。隧道内有各种车辆通过， 生；徐志胜（１９６２一），男，山东安立人，教授，博士生导师。 四ＪＩＩ建筑第２７卷６期２００７．１２ 维普资讯 http://www.cqvip.com
： 旁≯ 。 ０ｊ墓≯≥孝。 （１）火灾蔓延速度快，不宜控制。隧道因车辆事故、汽车 隧道是与外界直接连通且相对封闭的空间，隧道内逃生 条件有限和热烟不易排出使得隧道火灾具有燃烧后周围温 度升高较快、持续时间长，着火范围广，消防扑救困难等特 相撞、恐怖事件等引起火灾，除车辆本身携带一定数量的燃 油外，有时还有运载相当数量的易燃易爆物品油罐车通过， 火势蔓延快，很难加以控制。 （２）通道易堵塞。隧道纵深距离长、路面窄。发生火灾 时，隧道内大量车辆难以疏散，极易造成堵塞，而惊惶失措的 逃难者，从车辆中逃出后，无法辨别方向而乱冲乱撞，造成跌 倒踏伤的后果。 点，从而严重威胁到人员的生命安全，且容易导致隧道衬砌 和结构的破坏，其直接损失和间接损失巨大。因此隧道设 计中必须考虑其消防设计。 ４．１．１ 公路隧道的火灾规模 火灾规模的确定在隧道工程的防火设计中是非常重要 （３）浓烟大且温度高。隧道发生火灾后，由于隧道空间 小，近似处于密闭状态，不可能自然排烟，因此烟雾比较大， 燃烧产生的热量不易散发；火灾可能将隧道照明系统破坏， 能见度低，给扑救火灾和疏散人员带来困难。如日本大阪隧 道火灾温度高达６ＯＯ℃以上，将隧道内多达ｌ ０００ ｍ 的顶部 烧塌落。此外，地下密闭环境，使火灾产生高温、有毒浓烟迅 的一环。它是制定预防策略、设计防火体系、选用防火设备 以及开展相关工作的基础和依据。公路隧道火灾规模的确 定应该考虑下列因素：隧道运营管理制度、发生火灾的车辆 数、发生火灾车辆的类型、车辆装载货物的种类和数量、燃烧 程度。由于确定火灾规模时，要考虑的因素很多，而且大部 分是非定量化的，因此要全面地考虑上述因素，准确地预报 或设定火灾规模是不容易的。 速积聚，不易排出。这不仅严重危害被困人员生命，而且使 消防队及其他人员也难以及时施救。 车辆在隧道内火灾规模的确定有两种方式：一是以火灾 的热当量，单位兆焦（ＭＪ）或兆瓦（ＭＷ）为核定；另外是以火 （４）供电中断、疏散困难。着火后，供电停止，会给扑救 工作带来极大的困难。隧道内通道长，狭窄、照明条件差，着 火后能见度低，人员难以及时疏散，易引起被困人员惊慌失 措，从而酿成更大的惨祸。 灾的荷载，每平方米可燃物质的多少（ｋｇ／／ｍ ）为核定。国际 上一般采用热当量来衡量。如赫塞尔登提出的按起火车辆 类型和产热量多少进行划分的办法，如表２所示。 表２赫塞尔登火灾规模 火源 产生热量（Ｍｗ） （５）扑救困难。隧道发生火灾，消防人员进攻道路缺乏， 很难接近火源扑救。如发生在整条隧道中心，即使从隧道口 进攻到火灾现场有时也有几百米或更长的距离，加之缺乏照 明，扑救更加困难。而长距离隧道火灾，进行内攻灭火几乎 是不可能的。 ３．３公路隧道火灾的危害 汽车（小客车） 运货汽车 ３ １０ 卡车或公共汽车 泄漏汽油的油罐车 ２０ ５０～ｌ０ｏ 公路隧道内一旦发生火灾，在燃烧过程中散发的热量和 ４．１．２结构防火 烟雾，将会破坏隧道内的车辆、建筑物及设备，甚至造成人员 的伤亡。 由于隧道是一种相对封闭的地下结构，火灾中释放的大 部分热量将被隧道顶、壁吸收，而热烟气层和热顶壁同时又 通过辐射将热发射回火焰区，加剧火灾。因此，在隧道结构 中应当采取一定的防火保护措施 。 火灾时，高温一般为６ＯＯ℃一８００℃，最高达ｌ Ｏ６Ｏ℃。 所有车辆设备构筑物均受到损坏。但对于隧道主体结构，应 视具体情况而定。一般来说，主体结构（砼、钢筋砼）表面温 度为６ＯＯ℃一４０Ｏ℃，表层内ｌ５ ｃｍ温度为４ＯＯ℃一２００℃， 所以将受到不同程度的损伤。但结构ｌ５ ｃｍ深以后不属于 （１）设置防火分区。隧道一旦发生火灾，温度的纵向传 播主要依靠空气的对流传导方式向远处扩展，同时高温的烟 气中携带着大量的粉尘，在烟气的流动过程中高温和粉尘均 会造成沿程电气设备的损坏，同时也会使火区向烟气流动方 向扩展，造成更严重的灾害。因此，在火灾排烟时有必要采 取一定的措施，使烟气在一定流动范围内达到适当降温和降 高温，仍然完好无损。所以洞内火灾对隧道主体结构来说， 其整体不会破坏。 对于火灾产生的烟雾，情况要严重得多，这主要是指对 人员生命的威胁。无数火灾实例证明，人员在火灾时首先吸 尘。防火分区一般结合自身的结构特点、防灾等级以及资金 投入情况等，进行单独设计。 （２）隧道所用的材料应为不燃材料。通风系统应选用光 入的是有害气体（烟尘），吸入ｌ一２级烟雾后极短时间（几 秒）内即可倒下，丧失出逃能力（或者是由于烟尘太大可见度 下降而无法躲避），然后烧死。经研究，人员在一氧化碳浓度 滑的不燃材料作内衬。隧道内的灯具、电话箱和灭火器箱体 等亦应用不燃材料制成。电缆应用阻燃电缆或耐火电缆，各 类电气线路均应穿管保护。隧道的结构物、内部装修等均应 选用防火、阻燃、耐温材料，同时，选用的建筑材料在高温状 态下不能有大量的有毒气体产生。此外，除在隧道衬砌上安 装防火板材外，在衬砌表面也要喷涂防火涂料。 （３）隧道内应设置安全避难所和逃生通道。避难设施不 为０．２％时，数分钟内便可丧命。实际上，隧道内在缺氧燃 烧时，所产生的一氧化碳浓度最低约为０．３６％，甚至高达７ ％；而产生的烟尘，可使ｌ ｍ之内不见物影，可见危害之大。 所以，对人员而言，洞内火灾时未经冲淡的烟雾里有害气体 和微粒比高温更具有危险性。 ４公路隧道火灾的防护措施 针对公路隧道发生火灾的原因、火灾隐患、火灾特性及 危害，在隧道的设计、建造及使用中应采取必要的防护措施。 ４．１设计防火 仅可为逃生人员提供保护，还可用于消防队员暂时逃避烟雾 和热气的场所。近年国内外新建长大公路隧道大多采用双洞 单行形式，两条隧道间采用横通道相连，横通道设门，平时关 ２０８ 四川建筑第２７卷６期２００７．１２ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｜囊毒瓣誊 霉 煮 闭，当发生火灾时，火灾上游横通道门打开，发生火灾的隧道 作为排烟通道并实施灭火救援，另一条隧道作为逃生通道。 在中长隧道设计中，必须考虑人员安全避难所的设置，考虑通 道的布置、隔问及空间的分配以及相应的辅助设施的需要。 ４．１．３通风及防排烟 隧道内一旦发生火灾，使用者有义务传递信息或协助传递信 息，有义务承担灭火或协助灭火；消防部门、交通有义务 与公路部门一道及时有效地搞好减灾和救助工作。同时必 须严格遵守隧道防火安全和交通安全管理法规。 ４．２．２运营安全管理 根据隧道火灾事故分析，由一氧化碳导致的死亡约占总 为保证隧道运营安全，必须重视对危险物品的运输管 理。在欧洲和美国的道路管理条理中，对危险物品的运输均 有明确的规定，一般对易燃物品采取和管制通行隧道的 办法，即在隧道前方一定距离设置检查站和停车场，对载有 易燃物品的车辆实行定时集中通过；而对于载有核物品、化 学物品以及有毒物品等的车辆一般禁止通过长大隧道 。 对于通过隧道的车辆，应设置一系列的规章制度。隧道 管理部门通过监控电视系统随时对隧道内的车辆进行监控。 车辆在隧道内不准超车，车速不得超过隧道的设计时速，车 辆不得在隧道内随意停车。对于因车辆抛锚而阻塞交通的， 数的５０％，因直接烧伤、爆炸力及其他有毒气体引起的约 ５０％。因此排烟是隧道火灾初期救援工作的重中之重。通 常，采用通风及防排烟措施控制烟气产物及运动可以改善火 灾环境，并降低火场温度以及烟气和火灾热分解产物的浓 度，提高能见度。 隧道通风主要有自然、横向、半横向和纵向通风四种方式。 短隧道可以利用隧道内的活塞风，采取纵向通风；长隧道则需采 用横向和半横向通风隧道内的通风系统在火灾中要起到排烟的 作用，其通风管道和排烟设备必须具备一定的耐火性能。 火灾情况下的通风不仅要满足排烟需要，同时还要控制 隧道管理部门应立即派牵引车进行疏散。交警应加强 对进入隧道的车辆车况及驾驶人员的检查，防止车况不良的 车辆以及超载、超高的车辆进入隧道后在隧道内“抛锚”或引 起火灾事故，对酒后驾车、疲劳驾车的驾驶员不准驾车进入 隧道。由隧道管理部门和交警加强对通过隧道的装载化学 危险物品车辆的检查：并在限定的时间内（如夜间）通行，必 要时应护送通行。 火灾的扩大，必须选择合适的通风风速，风速过大，温度传播 过快，容易扩大火情；风速过小，达不到排烟的效果。根据国 内外的有关试验结果，火灾情况下，将通风风速控制在２．５ ３．０ ｍ／ｓ较为合适。 ４．１．４ 自动喷淋灭火系统及其他消防设施 自动喷淋或水喷雾灭火系统是建筑物内应用最广泛的 一种灭火设施，目前在公路交通隧道内也有安装使用。喷淋 ５结论与建议 实际上，隧道内发生火灾的概率相比地面车辆发生火 灾事故的概率要小得多，但隧道内发生火灾后所造成的后 果却严重得多。研究如何建立完善的隧道消防安全系统应 该是隧道工作研究的重点方向。我国在这方面所开展的工 作不但分散，而且很不系统，人力物力投入不足，部门之 间的合作及与国际间的合作机制尚需加强与完善。今后还 应不断地总结和研究，逐步形成适用于我国国情的消防防 灾技术。 灭火系统主要包括消火栓系统、水成膜泡沫灭火系统、水喷 淋系统及泡沫一水联用喷淋系统。消火栓系统及水成膜泡 沫灭火系统较为常用。 隧道中的其他消防安全设施主要包括：应急照明与信号 系统，监控与火灾报警系统，通讯设施，消防栓，消防泵及灭 火器等。为了能及时了解隧道的运营情况，应在隧道内安装 电视监控系统。此外，为了能使火灾或其它突发事故得到及 时解决，隧道内还应安装必要的应急设施，主要包括报警设 施（隧道内车辆多，排放的废气多，不适合安装感烟探测器， 宜采用感温探测器或火焰探测器）。在安装自动报警设备的 同时还应安装手动报警装置，以便发现火情的人员能迅速报 警。另外，宜在每隔一定距离设置消防应急电话。手动报警 针对我国公路隧道消防系统的具体情况，现提出具体建 议为： （１）研究和建立隧道火灾风险评估方法，建立损害评价 体系，确定不同类别隧道的最低安全水平； 设施和应急电话可设在消火栓箱旁。 ４．２安全管理 （２）建立隧道安全评价体系，对我国现有长和特长公路 隧道进行安全考评； （３）针对每座公路隧道制定相应的消防应急预案； （４）开展火灾防救教育与定期演习； （５）制订完善的公路隧道安全设施养护计划。 参考文献 公路隧道必须建立起一整套完整的安全管理体系，否则 最完备最先进的设备也起不到有效的作用。 ４．２．１人员的管理和安全培训 作为隧道的管理者在应对隧道火灾时要做到处变不惊， 指挥若定，有效地控制火灾，安全疏散人员，将火灾损失降到 最低限度，必须具备一定的技能和素质。这就要求管理人员 ［１］ 国际隧道研讨会及公路建设技术交流大会．大会快报第２版． 北京：ｌｌ／０７／２０ｏ２． 加强防灾减灾培训、演习。隧道管理者应通过检修保持洞内 有关设施标志醒目，尤其是消防箱的标志更应醒目。隧道管 理部门应设置安全监察办公室，定期对隧道的安全工作进行 检查和评估，并根据隧道的运行情况提出新的措施、方法 Ｊ。 对于隧道使用者来说，要了解隧道交通潜在的危险性， 提高其安全防范意识，使其交通行为自觉化规范化，司乘人 员应了解隧道内有关设施和在紧急情况下的正确使用方法。 ［２］ 陈立道，王锦，吴晓宇．道路隧道火灾预防与控制研究［Ｊ］．地 下空问，２００３，２３（１）：７２—７４． ［３］ 彭立敏．隧道火灾后衬砌承载能力的可靠度评估方法［Ｊ］．中 国铁道科学，１９９８（１９）：４ ［４］ 付修华．公路隧道火灾预防的安全性分析［Ｊ］．安全与环境工 程，２００４，ｌｌ（２）：６８—７１． ［５］ 朱秀莲．公路隧道火灾特性及其防治初探［Ｊ］．国防交通工程 与技术，２００４（３）：ｌ０一ｌ３． 四川建筑第２７卷６期２００７．１２
