公路隧道横通道防火避难设计研究

张 波

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

火灾是公路隧道最常见也是危害最大的灾难。历史上发生过很多隧道火灾，造成了大量的人员伤亡和财产损失。1999—2001年，欧洲先后发生了3起双向交通特长隧道火灾，其中，圣哥达隧道火灾中被困车辆最多，但死亡人数较少。其原因是圣哥达隧道中设置了隧道横通道，作为避难疏散通道，供被困驾乘人员安全疏散使用，有100多人从该通道中逃生，得以生还。而勃朗峰隧道火灾事故死亡的人数最多，原因之一就是未设置避难疏散的横通道。

鉴于历史上众多深刻的教训，公路隧道内设置有人行横洞和车行横洞，当火灾发生后，人员从人行横洞和车行横洞内逃往另一条隧道，进而逃离火灾危险区域。可以说，一旦发生火灾，隧道内的横通道是人员逃生的救命线，对横通道火灾避难设计应给予足够的重视。

1 公路隧道火灾的特点分析

通行车辆是公路隧道的基本功能，车辆起火是引起公路隧道火灾的主要原因，而隧道越长就越接近于密闭空间。这些基本设定决定了公路隧道火灾具有以下特点。

1.1 火势蔓延快

隧道内接近于密闭空间，火灾发生后大多数热量被隧道顶、壁吸收。同时，热的烟气层和顶壁通过辐射将热传递给火焰而加剧火灾的发展速率。隧道火灾如果不能在引燃阶段扑灭，火情就会迅速扩展，并伴随着急速升温。

随着热的烟气层的扩散，炽热的烟气又会将沿途的可燃物加热引燃，以至引起火源的“跳跃”。据研究表明，这种火源跳跃的距离可超过50倍隧道直径。

1.2 烟雾传播快，容易诱发二次交通事故

火灾将会产生大量的烟雾和有害气体，主要是一氧化碳。若没有有效的排烟措施，烟雾将很快扩展到整个隧道。研究表明，在洞内空气流速小于0.5 m/s条件下，轿车起火燃烧4 min后，烟雾将扩展到距离火源400 m的隧道两侧[1]。

隧道内接近于密闭空间，产生的烟雾不能散发，会使隧道内的能见度降低，隧道能见度下降以及驾驶员急于逃生的心理都容易引发二次交通事故。

1.3 逃生时间紧张，救援灭火困难

研究表明，隧道内产生火灾后，起火后的4～10 min内,隧道内的温度就会达到最高；隧道内的最高温度可达到1 000℃以上。

人员在疏散时的最高空气温度不应超过80℃，在此温度下的人员耐受时间仅为15 min左右。模拟实验表明，双车道公路隧道内一辆小汽车着火，火点下游40 m处温度达到80℃所需时间不到4 min[2]。因此在火灾发生时，如果要尽量减少人员伤亡，就需要充分利用火灾初期宝贵的逃生时间。

人员正常疏散速度为1.5 m/s。火灾时，隧道内充满了高温有毒气体，在高温、缺氧、能见度低的情况下，人员和车辆疏散较为困难。假设在这样的情况下人员疏散速度为1 m/s。如果需要行进180 m到达避难横通道就需要3 min，事实上，考虑现场慌乱、心理紧张等因素的影响，可能疏散所需要的时间更长，更何况还存在老人、小孩、伤残人士等行动不便的群体。所以隧道火灾发生时，逃生时间是非常宝贵和紧张的。

如果隧道内交通量较大，在火灾中滞留车辆较多，阻塞道路，导致救援消防车辆无法第一时间到达火灾现场。一定程度上加剧了救援灭火的难度。同时，如果火势已经开始蔓延，在高温浓烟的阻隔下，消防人员也难接近火场，这些因素都使得隧道救援灭火非常困难。

2 公路隧道横通道防火避难设计原则

鉴于对公路隧道火灾的特点分析，隧道的消防与避难设施的设计原则应为：以逃生为主、灭火为辅；自救为主、外部救援为辅。

当火灾发生后，在危险区域内，司乘人员应该弃车逃走，不可以掉头或者倒车避免发生交通事故；逃生时应该沿着隧道的内侧，从横通道前往对向隧道并进一步离开危险区域。通过隧道横通道逃生是人员在隧道火灾中逃生的主要方法。

因此，就公路隧道横通道防火避难设计来说，应保证：逃生人员能够尽快地找到横通道，并能在不需要救援人员的帮助下，方便地使用横通道进行逃生；并且要保证逃生人员在横通道内的安全，避免人员在逃生过程中发生二次交通事故。

3 公路隧道横通道防火避难设计分析

3.1 横通道纵坡设计

公路隧道横通道在设计时，仅考虑了纵向排水及车辆行驶和人员步行的需要，一般设置单向纵坡。

而隧道内火灾多属于油类火灾（汽油、煤油、柴油等的火灾）。对于油类火灾，当横通道设计为单向纵坡时，如果火灾发生在标高较高的一侧隧道内的话，可燃性液体可能顺着纵坡方向朝横洞和相邻隧道流散，造成火势向横洞和相邻隧道蔓延。因此在横通道纵坡设计时应考虑防火需要进行综合设计。

3.2 车行横洞的合理设置分析

以双向通行的双车道公路隧道为例，方案一是车行横洞的一种常见布置形式，其布置示意图见图1。

图1 车行横洞布置方案一

该方案为方便车辆转弯驶入车行横洞，在车行横洞和主洞方向设置了一个斜交的角度。

这样设置可能面临的问题有：

a)假设当驾驶员发现前方有火情，需要驶入车行横洞内避险时，当驶出车行横洞时，由于对向车道行驶车辆很难发现横洞中突然驶出的车辆，非常容易与对向隧道行驶车辆在冲突点发生事故。

图2 状况a示意图

b)车辆在通过车行横洞进入对向隧道后，若要与对向隧道车辆行驶方向相同则需转向。车辆转向不便，会延误疏散时间；并且转向时隧道内对向车道通行车辆都会受到影响。

图3 状况b示意图

c)车辆在通过车行横洞进入对向隧道后，若要反向离开，必须需要工作人员配合，建立交通管制方案，预先封闭一条车道，清空行驶车辆，避免避险车辆与对向行驶车辆发生碰撞事故。这样就必须等待工作人员配合，会耽误逃生时间。

图4 状况c示意图

上述状况下，显然对紧急状况下车辆救援逃生不利。对比方案二，驾驶员驶离横通道后，进入停车缓冲区域，然后汇入对向隧道行驶车流，并进一步驶离危险区域。避免了状况a、b、c的出现，有利于避险车辆的安全，减少了逃生时间延误。

图5 车行横洞布置方案二

这里需要指出的是停车缓冲区域的设置是为了方便车辆驶入和驶出车行横洞，功能并不同于紧急停车带，原有紧急停车带仍需设置，位置可根据情况适当调整。停车缓冲区域需要配合相应的标志标线提醒驾驶员由此驶入车行横洞进入对向隧道进行避险。

对比方案一，方案二加大了车行横洞处主洞的净空断面，对原有车行横洞的结构受力也有影响，加大了设计施工难度，虽然缩短了车行横洞长度，但是工程造价还是会有所上升。但是即便如此，相比能够提高人员逃生救援的效率，节约火灾发展初期人员逃生的宝贵时间，笔者认为还是值得的。

3.3 车行横洞设计应考虑人车混行的情况

一般在公路隧道横通道设计时，人行横洞与车行横洞每隔一定距离间隔布置。

人员在逃生过程中会通过最近的横通道逃生，并不会因为是车行横洞而前往下一条横通道。因为是用于逃生的最近横通道，很可能会有车辆选择该条车行横洞避险，所以车行横洞在紧急情况下会出现人车混行的情况。因此，车行横洞在设计时在满足车辆建筑限界的基础上，要为行人适当留有步行空间。

图6设计中虽然满足了建筑限界的要求，但是车行横洞侧向仅有50 cm的步道对逃生人员的安全不利，最少应该设置1 m的步道，以保证人车混行情况下行人的安全。

图6 车行横洞设计示意图

3.4 车行横通道重点考虑大型车的通行需要

车行横通道的设计只能并排通过一辆车，当隧道内车流量较大时，一旦发生火灾，被困车辆较多，车辆需要排队通过车行横洞离开。隧道火灾发生时，火势蔓延往往很快，烟气使得隧道内能见度降低。同时由于火势蔓延使得驾驶员逃生心切，在车辆排队驶往车行横洞的过程中往往容易发生挤碰，出现交通事故，造成道路阻塞，耽误更多的逃生时间。

所以，如果人员判断处于危险距离以外，有充足的排队等待时间，此时可利用车行横洞驶往对向车道离开。距离火灾地点较近的车辆驾驶员应该尽量将车辆靠边停放后弃车逃生，车行横通道应尽量留给需要尽快离开危险地带的车辆，比如油罐车、危险化学品运输车等。同时车行横洞也是消防车等救援车辆前往火场救援的通道。所以车行横通道的内轮廓除了一定要满足建筑限界的要求外，还要重点考虑上述大型车辆通行以及和逃生人员混行的情况，留够足够的内轮廓空间。

4 结语

当隧道火灾发生时，人员的逃生时间是非常宝贵的。隧道车行横洞与人行横洞是人员逃生的主要通道，在设计时要考虑紧急状况下人员逃生的需要，要保证人员逃生时的安全，避免因为设计原因导致人员逃生受到延误。本文重点分析了隧道车行横洞与人行横洞设计中的一些不足之处，并提出了改善建议，可供设计人员分析参考。