隧道防火技术及其火灾防控分析

　　本文阐述了国内外的公路隧道内发生火灾事故的主要特点，并且归纳总结了现阶段国内外对于公路隧道火灾的研究现状，同时以此为基础，通过火灾初期报警、自动消防设施配置以及人员安全疏散等方面提出解决方案，从而提高公路隧道中的安全等级。

　　1.发生于公路隧道内部火灾的概述

　　现阶段，国内公路系统中的隧道工程随着宏观经济的高速发展进步而取得了显著的发展。隧道工程在空间布局、结构设计层面所具有的特殊性质和特点，尽管在公路交通系统中隧道工程可以为广大民众提供较大的方便性，不过也会给消防安全救援工作带来更为严峻的挑战。

　　目前在世界各地经常会发生隧道工程内部的火灾事故，这样的事故对于广大民众的日常生产生活秩序及道路交通相关的基础设施带来了严重的伤害。在1996年，位于英吉利海峡的海底隧道内部发生了一场重大的火灾事故，事故造成海底隧道的交通中断将近一个月之久。1993年法国与意大利之间的勃朗峰隧道内部发生了一场特大的火灾事故，这是一场持续了十天之久的地下惨剧，事故导致了隧道工程的主体结构遭到了非常严重的破坏，交通活动中断一年半之久。

　　隧道工程评职知识：桥梁隧道工程师评职需要发表论文吗

　　隧道工程火灾事故尽管是一种小概率的事件，不过其危害性非常严重。公路系统隧道工程目前已经受到社会各界人士的普遍关注，公路系统隧道工程的相关施工技术也取得了持续改进和升级，相关领域的科研人员与消防部门也对其进行了更为深入的研究，世界范围内的学者们通常使用小尺寸的模拟试验的方式进行研究、计算机数值模拟仿真研究、大尺寸规模乃至全尺寸试验的研究方式等3种试验研究方法。因为隧道工程结构的特殊性质以及其巨大的长宽比属性，通常采用无量纲形式的小尺寸的工程模拟试验的研究方案在隧 道工程火灾事故领域中以及获得了大范围的实际运用。

　　自从20世纪70年代起的英国、瑞典、挪威、德国、法国等发达国家就实施了一系列的全尺寸规模的试验尝试。国内的隧道工程火灾事故的研究起步相对比较晚，中国科学技术大学以 及云南消防总队进行通力合作，在昆明地区实施了12次全尺寸规模的工程试验，研究了不同火灾外部边界条件以及风速条件之下烟气在隧道内部的运动状态，这些研究为完善云南省的相关建筑工程的技术标准《公路隧道消防技术规程》提供了大量宝贵的技术参数支持。

　　2.公路隧道工程内部火灾事故的特点

　　2.1烟气的温度比较高

　　隧道内部起火之后，火焰的燃烧将会释放出大量的热量，在隧道内的狭小空间内，热量不易散发，气流将会在浮力的效应作用之下，在隧道内部拱顶位置处聚集成非常厚的热烟气，由于在起火的位置会持续地产生烟气，因此隧道内部的拱顶位置的烟气将会越来越多，烟气体积的持续膨胀将会造成烟气朝向隧道的两端蔓延。烟气在隧道内部的拱顶处持续积累的时候，在拱顶处将会形成一个最高的温度，这样的情况将是对于隧道主体结构的耐火性能的一项严峻的考验。

　　2.2火焰燃烧的速率比较快

　　隧道工程部分的外围空间通常为土壤以及岩石，通风以及孔洞的面积相对比较狭小，接近于一类封闭的空间。自然状态的通风条件下，一旦发生火灾，火焰燃烧受到空间的影响，会沿着隧道的两边进行蔓延，炙热的烟气容易在隧道内部积累，造成隧道内部的温度急剧上升，进而造成轰燃的现象。经过消防部门的持续攻关，在隧道工程内部火灾的模拟试验研究过程中，其内部火焰的燃料速度将会比空旷的敞开型空间的燃烧快3倍以上。

　　2.3人员撤离的条件比较差

　　隧道内部的CO，CO2及别的有毒有害气体的浓度增大的原因主要为，内部的通风能力及隧道内部的结构不够合理，导致了火焰的燃烧无法充分进行，进而气体的浓度快速上升。当CO气体的含量为0.6%、空气中的氧含量低于16%的时候，隧道内部的被困人员将会有生命危险。隧道内部设置的电缆支架、消防备品箱、排水沟槽等装置也会延缓被困人员的撤离速度，容易出现拥挤甚至踩踏事故。

　　2.4着火位置的移动特点

　　公路系统隧道内部的车辆发生火灾事故的初期，往往不易被驾驶员所发觉，在车辆发生轻微的起火情况下依旧会继续移动，这就造成起火的位置并非发出火灾报警的初始位置。与此同时，火源的移动将会造成烟气的蔓延以及热量的扩散加速，使得相关烟气扩散的对称规律被破坏，影响了机械式通风系统的临界风速，对于火焰扑救和被困人员的逃生带来不利的影像。

　　2.5火灾扑救的难度比较大

　　隧道通常会远离市区，如果发生火灾，造成交通出现堵塞的情况，消防车辆抵达火场的速度将会受到影响。隧道的进、出口少，消防人员抵达后无法有效对火情进行侦查、延误了救援的时机。公路系统周围的水源比较少，水量以及水压无法得到保证，很难有效控制火势。

　　3.公路隧道防火研究的主要研究方向

　　通常情况下，公路隧道内部的防火工程，主要是为了保证在公路隧道内部行驶过程中的车辆以及相关人员免于受到火灾事故的危害进而实施的各类防火措施和方案。防火工程的基本要求是要以火灾险情的预防为主要的方向。一般来讲，涉及的防火相关技术有如下几大类:

　　(1)在公路隧道内部的整个结构贯穿始终来设置全视角的闭路电视视频监控系统、报警用的固定电话、烟感探测装置、火灾自动报警装置、隧道洞外的警报显示装置、警报信号灯、危险信号发生装置等。并且在设计隧道结构的时候需要考虑其内部空间的布局、通风系统和照明系统、消防装置的布置、报警、灭火以及疏散系统之间的相互关系。(2)在公路隧道内部的整体结构的内部配备喷淋类型的灭火系统、灭火剂、灭火器、消火栓、消防专用的车辆等装备。

　　(3)在公路隧道内部的上、下行两条并行的隧道之间配置单条或者多条(具体情况要根据公路隧道的实际长度确定)联络用的辅助通道，在公路隧道的内部每隔特定的距离需要设置出一个逃生通道的出口，如果公路隧道的内部出现了火灾事故，则内部被困的人员就能够借助相应的逃生通道撤离到岸边或者穿过另外一条隧道撤离到另外一条没有发生火灾的隧道，顺利撤离险境。

　　4.公路隧道工程防火研究的解决方案

　　4.1隧道内部的建筑结构以及材料的使用

　　隧道火灾救援中，工程主体结构是否保持支撑能力是一个难题。依据相关研究，隧道工程中水泥混凝土如果长时间处于高温作用下将会爆裂，在火灾发生初期的半个小时内混凝土将会出现爆裂现象，导致隧道将会处于更为危险的状态之下。

　　一般来讲，强度比较高的混凝土结构在外界温度为460℃的情况下将会损失其45%左右的抗压强度能力，环境温度达到650℃的情况下，隧道内部的抗压强度能力将会失去至少75%左右。为此火灾事故中隧道内部坍塌的防止对防火建设工程来讲非常关键，通常的解决方案为：喷涂材料进行混凝土保护以及板材加固保护2类。防火涂料通常为F66饰面涂料，使用此类方案的主要缺点是涂料层在污染程度比较严重的环境之下比较容易发生失效。因此，在继续大力推进更具持久耐火性能的防火涂料的同时，还应注重建筑构件后期的防火性能维护，确保防火喷涂材料发挥效能。

　　4.2公路隧道发生火灾时的安全疏散措施

　　公路隧道的安全疏散设施一般包含人行横道、车辆行驶通道、救生滑梯、公路隧道安全出口及入口、安全通道标识、应急照明系统及防烟与排烟装置等。在公路隧道发生火灾险情的过程中，处在公路隧道两侧出口的车辆及人员进行疏散是非常容易实现的，然而处在公路隧道中间人员的疏散难度极大。在通常状况下，公路隧道内的被困人员最小疏散速度是1.55m/s，在烟气较浓的状况下仅为1.25m/s。

　　相关公路隧道工程技术人员在进行疏散救援的过程中，隧道内部火灾现场的最高温度必须控制在小于81.25℃，而且在此温度条件下救援时间需要控制在15.5min以内。所以在大中型公路隧道内部必须搭建人员临时避难场所。与此同时，人员临时避难场所的耐火极限不允许低于公路隧道自身并且可以隔离高温气体及烟雾，并且必须安装独立的防烟及排烟系统。

　　4.3公路隧道火灾报警系统

　　公路隧道火灾探测装置能够迅速发现并且在第一时间对火灾险情进行行之有效的处理，然而伴随着公路隧道内部的温度、通风速度、车辆尾气及粉尘的排放及各类线缆电路发出的电磁干扰都会对探测情况产生不利影响。因此为避免误报，实际工作中经常会遇到火灾自动报警系统设于手动状态的情况，一旦发生火灾极易错过最佳报警及火灾扑救时间。

　　相关公路隧道工程技术人员在大规模火灾试验的研究过程中根据相关试验数据得出，在热空气蔓延至公路隧道顶端的进程中，周围环境空气迅速减少，导致公路隧道顶端烟气的温度偏低，不能满足缆式线性感温探测装置的正常工作温度;在公路隧道内部风速为2.45m/s时，这时火源的额定功率为1.15兆瓦，在公路隧道顶的端烟气温度仅为41.25℃，因此相关公路隧道工程技术人员在选择公路隧道火灾探测装置的过程中，必须完全考虑具有强抗污染能力、短响应时间及低误报率等技术要求。

　　4.4公路隧道自动灭火系统

　　公路隧道工程或是建造在远离城市的区域，在出现火情的过程中很难获得及时的消防救援支持;抑或是位于城市要道常年车流量大，在出现火情时消防车难以短时间进入隧道内部进行处置。因此只有提高自助救援的能力才可以防止特大火情事故的发生，相关公路隧道工程技术人员在公路隧道防火安全系统的规划设计过程中，公路隧道的消防水系统一般包含消火栓及自动喷水灭火系统。

　　灭火装置通常选择干粉灭火装置、CO2灭火装置及泡沫灭火装置。消火栓及自动喷水灭火系统主要依赖于消防水源是否能够正常工作。国内相关消防安全法规及标准中规定，长距离公路隧道必须建造消防蓄水池系统，并且消防用水的储存量必须满足相关最低消防救援使用要求，确保最低安全消防救援水压的相关技术要求。

　　5.结语

　　综上所述，公路隧道构造及空间的特殊排布造成公路隧道建筑工程的火灾分析与探索不能仅限于民用建筑物的火灾参数及理论基础，而是必须进行数量众多的大规模及小规模火灾试验研究。在公路隧道构造安全系数、自动消防设施配置及火灾预防方法等层面有更深层次的研究，进而促进公路隧道的消防系统处于安全工作的状态下，确保广大人民群众的生命财产与安全。

　　作者：黄凌燕