某大型多匝道水下立交型沉管隧道火灾人员疏散安全性分析

廖荣

中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300123

引言

随着我国城市的快速发展，交通功能更优的互通立交逐渐成为一江两岸过江通道接线形式的首选，为满足城市路网功能需求，城市隧道与城市多条主干线连接，多出入口、互通立交成为城市隧道主要特点。由于隧道结构形式复杂化造成通风网络复杂，火灾时烟流控制复杂，且受多匝道影响，人员疏散路径也多样化。对人员疏散安全性，需进行深入分析。

1 工程概况

本文以南昌某大型多匝道水下立交型沉管隧道为工程背景，隧道全长2650m，双向六车道，设置全纵向通风排烟系统，在隧道西岸明挖暗埋段及沉管段每100m设置一处疏散横通道，在东部匝道交汇处设置疏散大厅，在N1和S1匝道间设置联络横通道，在H匝道和C匝道间设置一处联络横通道，在C匝道设有一处疏散楼梯间，在H匝道设置一处消防楼梯[1]。

图1 工程概况平面图

2 火灾模式下隧道人员疏散安全性评估

2.1 可用安全疏散时间计算

基于FDS隧道火灾发展计算模型，运用数值计算方法对火灾发展和烟气流动状况进行模拟，并最终确定火灾环境中各项参数达到以下设定极限值的时间：2m高度处的温度（℃）极限值为＜65℃，本文采用60℃；2m高度处的能见度极限值＞5m，本文采用10m；2m高度处的一氧化碳浓度极限值＜1000ppm，本文采用500ppm。

根据火源位于不同坡度、与疏散口的相对位置及与匝道的相对位置来设定共11个火灾场景，模拟分析在多因素耦合作用下烟气蔓延特性、温度场、CO浓度场、能见度场分布规律，以火灾发生在匝道四线分岔口为例，对其可用安全疏散时间计算进行分析，以下为隧道及疏散口曲线分布图：

图2 S1E匝道2m高处温度分布

图3 S1E匝道2m高处能见度分布

图4 S1E匝道2m高处CO浓度分布

图5 S1E匝道疏散门洞2m高处温度分布

图6 SE匝道疏散门洞2m高处能见度分布

图7 SE匝道疏散门洞2m高处CO浓度分布

20MW火灾发生在S1D匝道四线分岔口6%坡度通道中部时，在合理烟控方案下，分析隧道内的2m高度温度、能见度、CO浓度和疏散口的温度、能见度，可以得出：①由S1E双线匝道单线温度图可以看出，火源正上方2m高处最高温度达400℃左右，该高温区主要集中在火源下游距火源10m范围内，火源上游受高温烟气的影响温度发生变化，但未达到临界危险值。②由S1E双线匝道单线能见度图可以看出，火源上游无烟气回流，能见度有变化但未达到临界危险值。③由S1E双线匝道CO浓度分布曲线图可知，CO浓度远小于临界危险值。④从疏散口的能见度和温度分布图可以看出，火源上游疏散口的温度、能见度在模拟时间内，均未达到临界危险值。因此，在合理烟控方案下，坡度为6%四线分岔口可用安全疏散时间不低于1800s。

2.2 必须安全疏散时间计算

本项目工程中，主要疏散方式有以下三种：①西岸明挖暗埋段及沉管段，主过两条隧道间的疏散横通道进行疏散；②沉管段与东部匝道交汇处通过疏散大厅疏散；③东部匝道部分通过联络横通道及疏散楼梯疏散。

综合考虑工程特性及人员安全疏散参数等因素，建立隧道各疏散场景的PathFinder模型，通过对各火灾场景下人员疏散过程的仿真模拟，得到各场景的疏散过程及人员疏散行走时间，将模拟计算得疏散行走时间同时加上报警时间及响应时间，最后得到各场景下的必须安全疏散时间，依次为：场景一：351s,场景二：541s，场景三：462s，场景四：476s，场景五：690s，场景六：709s，场景七：682s，场景八：955s，场景九：603s，场景十：522s，场景十一：480s。

2.3 人员疏散安全性判定

对本工程设置的11个火灾场景进行数值模拟分析后计算出的可用安全疏散时间（ASET）和必须安全疏散时间（REST）数值对比分析，对隧道人员疏散安全性进行判定：

图8 隧道人员疏散安全判定

由图可知：隧道内各个火灾场景下的可用安全疏散时间均大于必须安全疏散时间，隧道火灾模式下的人员疏散较为安全[2]。

3 结束语

本文以南昌某大型多匝道水下立交型沉管隧道为研究对象，建立物理模型系统，通过理论及模拟计算，对可用安全疏散时间及必须安全疏散时间进行对比分析，对隧道人员的疏散安全性进行了评估判断，并得出以下结论：

（1）在根据工程特点设置11个火灾场景中，在隧道内机械通风排烟设施有效情况下，合理的控制纵向风速，能保证隧道内的人员在危险来临之前达到安全区域，因此，隧道内消防设施的合理设置及控制对人员疏散起着非常重要的作用。

（2）在实际疏散中，人员对建筑物的熟悉程度以及消防安全疏散指示设置情况会影响疏散效率，所以定期组织隧道火灾疏散安全教育，优化隧道内安全疏散指示标志非常有必要。