淺析高速公路隧道火災及其應急措施
摘要：介紹了隧道火災發生的原因及危害性,對隧道火災中煙氣流動和火焰傳播特性進行了理論分析,並且通過典型事件針對突發情況時通風、照明等各個系統的工作情況和隧道火災的控制預案進行說明。
關鍵詞：高速公路;隧道火災;應急措施
1 隧道火災的原因及隱患
1.1 隧道火災的原因:從國內外隧道火災事故案例可知,造成火災事故的原因是多方面的。隧道火災原因大致有以下幾個方面。
1.1.1 車輛本身故障引發的火災:車輛故障引發汽車火災的主要原因有機件摩擦起火、化油器回火、電氣線路短路、車輛漏油等引發火災。
1.1.2 車輛撞擊起火:由於隧道內車輛超速行駛和隧道能見度低,極易發生車輛之間、車輛與隧道及隧道設施相撞或擦掛,發生交通事故導致火災的。
1.1.3 車輛上的貨物引起火災的:隧道內有各種車輛通過,他們所載的貨物有可燃的或易燃的物品,可能會因各種原因引發火災。
1.2 隧道火災的隱患:據國際消防技術委員會***CTIF***近期對多國隧道的檢查中發現,當前不少隧道由於設計和管理差錯,存在以下火災隱患。
1.2.1 通風排氣道少:隧道中經常運輸化學物品和多種易燃易爆物品,由於隧道內通風排氣道少,必然通風不暢,溫度上升快,許多有害氣體都滯留在隧道內,不但傷害人體健康,而且遇到高溫和名火,及易發生火災和爆炸,造成重大損失。
1.2.2 缺少緊急出口通道:當前各國隧道的外觀比較優美,結構各不相同,高度和密度也各異,但都缺少緊急進出口道。不少公路只能從兩端進出。有些隧道雖然有少量進出口道,但標誌不醒目,一旦發生火災,不但消防和救護車輛無法到現場,遇難者也難逃出,必然造成重大損失。
2 隧道火災中煙氣流動和火焰傳播速度的特性
日本隧道火災研究所在隧道火災的研究中,建造了長21m、高1.6m、寬1.5m的隧道模型,研究表明,隧道內燃料的燃燒速度是敞開空間的3倍,隧道火災中,隧道內溫度可達到1000℃。當隧道發生火災時,向隧道內送風,在一定程度的風速下,火焰的燃燒速度和敞開空間一致;如果風速減弱,火源正上方的隧道壁溫度將很快升高,通過輻射熱量的返回,燃燒速度將猛烈增加。隧道火災煙氣流動和火焰傳播、擴散是十分複雜的現象。隧道火災的危害主要來自於煙氣和火勢的蔓延,而煙氣的擴散和火焰的傳播速度完全被隧道氣流控制。
無風隧道中煙氣自由流動擴散的主要特性。其特徵表現為緩慢而非穩定的流動擴散過程。火災初期階段煙氣在隧道上部空間呈流束狀的縱向延伸,同時逐漸向下部空間的空氣區橫向擴充套件。這種煙氣和空氣的分層作用將隨著煙氣擴散逐漸減弱以致消失,在一定距離處以全斷面的煙氣流狀態繼續擴散,已形成的流束狀煙氣也漸趨消失。其結果在隧道中形成大範圍、高濃度的煙氣危害區,在火災初期階段,利用煙霧和空氣的分層現象和擴散,將對控制隧道火災、防災起到積極作用。但是,當自由擴散形成煙氣危害區以後,將對防災產生不利的影響。利用通風氣流改變這一流動擴散形態,將對控制隧道火災、防災產生明顯效果。在自然風控制下隧道中的煙氣受限流動擴散特性表現為:在下部煙氣區,燃燒生成的煙氣即刻被氣流裹攜,並在強烈的混摻作用下很快擴散至整個流區空間。煙霧區位置和對煙霧的稀釋程度,是與火災的發生位置和強度密切相關的。在少數特定的條件下,直接利用自然風控制火災煙霧可以獲得良好的防災效果,但大多數情況下將對防災產生不利影響甚至嚴重後果。因此,利用風機對氣流的調節作用,改變煙霧的擴散形態對於控制火災是十分必要的。
利用風機改變隧道中的自然風狀態***包括靜止狀態***,這時的煙霧擴散完全被調控氣流所控制,稱為煙氣的強制擴散。由於氣流的調控不僅可以進行不同幅度的增速、減速調節,而且還能改變流動的方向。因此,被調控氣流所控制的煙霧擴散濃度和擴散區域也隨之變化,這種煙霧擴散特性更能適應隧道防災的要求。從此意義上說,煙氣的強制擴散是控制隧道火災的一種主要擴散形式。通過氣流的調控改變煙氣和火焰傳播擴散特性,不僅是必要的,而且也是可行的。
3 隧道火災的防範
3.1 隧道的耐火等級:隧道內發生火災時,隧道頂部的溫度將會很高。而公路隧道牆體內一般埋有電纜等設施,如果牆體耐火等級太低火災時極易將電纜燒壞,影響隧道內裝置的使用。因而隧道所用的材料耐火極限應為1.5h-2h ,隧道內的拱頂和側壁的表面應噴塗隧道防火塗料或其他措施予以保護,提高其耐火等級,使耐火極限達到2h以上,防止隧道內混凝土在火災中迅速升溫而降低強度,避免混凝土炸裂、襯內鋼筋破壞失去支撐能力而導致隧道內垮塌,防止牆體內埋的電纜等設施燒壞。同時對牆體內的電纜還應用阻燃電纜或耐火電纜,各類電氣線路均應穿管保護。
3.2 隧道內的消防設施:隧道是一個近似密閉狀態的交通設施,為了能及時瞭解隧道的營運情況,應在隧道內安裝電視監控系統。此外,為了使火災或其他突法事件能及時得到解決,隧道內還應安裝應急設施,主要包括報警設施***隧道內車輛多,排放的煙氣多,不適合安裝感煙探測器,宜採用感溫探測器或火焰探測器***。在安裝自動報警設施的同時還應安裝手動報警裝置,以便發現火情的人員能夠迅速報警。另外,宜在每隔一定距離設定消防應急電話,手動報警設施和應急電話可設在消火栓箱旁。疏散設施,為了控制人員傷亡和財產損失,也為了是消防人員快速進入火災現場撲救,必須儘可能快的疏散人員和車輛。短距離的隧道可用自然通風,如果隧道內採用縱向通風系統,火災時煙氣將會順車道擴散,則應設定避難設施。隧道內應設定事故照明和安全疏散引導引導標誌,以便火災時指示人們的避難方向。滅火設施,在隧道內應配備必要的滅火器材,應設定消火栓系統以及行動式滅火器材。
3.3 隧道的消防管理:隧道的火災主要是通過隧道內的車輛引起的,加強安全管理首先應從加強車輛管理入手,隧道管理部門通過監控系統對隧道內車輛進行監控,如果發生事故,隧道管理部門應立即派車進行疏散。公安交警應加強對進入隧道的車輛以及駕駛人員的檢查,對酒後駕車和疲勞駕駛的駕駛員不許進入隧道。另外,隧道管理部門還應定期檢查隧道內的消防設施、火災隱患和消防安全工作等。
4 隧道火災時各系統的控制
4.1 隧道通風系統的控制:正常交通情況:稀釋隧道內汽車行駛時派出廢氣中以CO氣體為主的有害物質和煙霧,為乘用人員、維修人員提供符合衛生標準的洞內空氣環境,為安全行車提供良好的清晰視線。
火災事故情況:通風系統具備雙向排煙功能,在事故發生時能控制煙霧和熱量的擴散,可根據消防及救援人員的現場要求控制和調節隧道洞內的風向和風量。火災狀態時,隧道內的風速應控制在3m/s以內。
控制的目的是保障隧道內環境指標處於標準允許範圍內,即CO濃度低於標準要求的230ppm,煙霧透過率低於0.0070。
啟動風機應首選累計啟動時間最短的風機,以平衡各組風機的勞逸程度,延長風機壽命。
為了減緩風機啟動瞬間的電流衝擊,啟動風機時各組風機之間要有足夠的延時,如果改變送風方向,應確保先關停再啟動反向運轉。
啟動一組風機5分鐘或10分鐘後,如果各項指標沒有明顯下降應再啟動一組,直到全部風機啟動。若還無法降至允許範圍內,監控系統應立即向監控員發出報警資訊,提示關閉隧道。
在隧道火災時,風機啟動和送風方向在火災早期應以抑制或減緩洞內煙霧和有毒氣體擴散速度和範圍為目標,以確保受困人員有足夠時間安全疏散。如果車行橫洞沒有安裝防火捲簾門,可以通過橫洞兩側前後兩組風機互相對吹,在車行橫洞內形成空氣反壓,來阻止火災隧道有毒氣體向另一側擴散。
4.2 隧道的照明控制:隧道的照明控制確保車輛駕駛員在進出隧道時實現洞內外光線平穩過渡,避免因“黑洞”或“白洞”現象而影響車輛行駛安全。照明控制一般根據洞口光強檢測值或人工設定的時序引數進行自動控制。但是在隧道發生火災時,應與事件處理要求實現聯動控制、為疏散人員和事件處理部門提供照明。
以上2個系統的控制在監控系統檢測到火災報警後,由監控中心下達命令,切斷市電供電,由市電切換到配電櫃處安裝的應急電源EPS,同時熄滅隧道內的照明燈,由EPS供電,支援應急燈照明和風機的執行,在此期間,依照設計時定的方案,自動或手動控制發電機的啟動,來供隧道內各個設施的用電。
4.3 可變情報板資訊的釋出:隧道洞內外情報板和可變限速標誌資訊釋出主要是配合隧道內事件的發生,及時向隧道內司乘人員和救助人員提供疏散路徑、隧道環境狀況、交通管制等資訊,以便及時掌握隧道內情況,配合應急部門處理應急事件。
4.4 隧道廣播:隧道廣播主要用於隧道突發事件時操作員指揮洞內受阻人員和車輛及時安全的按預定方案疏散,以及組織滅火等突發時間的處理。
4.5 交通訊號控制:交通訊號系統主要用於隧道正常交通指示以及隧道發生火災、交通阻塞和事故等事件的交通控制。
5 結束語
隨著社會的發展,高速公路建設越來越重要,隧道內的突發事件也同樣得到越來越多的重視,可見一份火災應急方案的制定對於高速公路的管理者來說是十分必要的。
預防和減少隧道火災帶來的損失,可以從以下幾個方面考慮:
***1***首先應進行合理的設計,根據發生火災的各種情況以及以及相應的原理,制定出最有效的安全措施;
***2***其次是設定應急設施,確保這些設施的方便性、有效性、預防性和系統性;
***3***通過資訊宣傳和各個部門的大力配合,使隧道司乘人員認識到自身行為的重要性
***4***針對各類事件編制周密有效的應急預案和控制預案,也是確保隧道安全的關鍵因素。
從各個方面採取措施,可以最大程度地降低道路隧道火災事故的危害,為人民造福,為社會造福!
關鍵詞：高速公路;隧道火災;應急措施
1 隧道火災的原因及隱患
1.1 隧道火災的原因:從國內外隧道火災事故案例可知,造成火災事故的原因是多方面的。隧道火災原因大致有以下幾個方面。
1.1.1 車輛本身故障引發的火災:車輛故障引發汽車火災的主要原因有機件摩擦起火、化油器回火、電氣線路短路、車輛漏油等引發火災。
1.1.2 車輛撞擊起火:由於隧道內車輛超速行駛和隧道能見度低,極易發生車輛之間、車輛與隧道及隧道設施相撞或擦掛,發生交通事故導致火災的。
1.1.3 車輛上的貨物引起火災的:隧道內有各種車輛通過,他們所載的貨物有可燃的或易燃的物品,可能會因各種原因引發火災。
1.2 隧道火災的隱患:據國際消防技術委員會***CTIF***近期對多國隧道的檢查中發現,當前不少隧道由於設計和管理差錯,存在以下火災隱患。
1.2.1 通風排氣道少:隧道中經常運輸化學物品和多種易燃易爆物品,由於隧道內通風排氣道少,必然通風不暢,溫度上升快,許多有害氣體都滯留在隧道內,不但傷害人體健康,而且遇到高溫和名火,及易發生火災和爆炸,造成重大損失。
1.2.2 缺少緊急出口通道:當前各國隧道的外觀比較優美,結構各不相同,高度和密度也各異,但都缺少緊急進出口道。不少公路只能從兩端進出。有些隧道雖然有少量進出口道,但標誌不醒目,一旦發生火災,不但消防和救護車輛無法到現場,遇難者也難逃出,必然造成重大損失。
2 隧道火災中煙氣流動和火焰傳播速度的特性
日本隧道火災研究所在隧道火災的研究中,建造了長21m、高1.6m、寬1.5m的隧道模型,研究表明,隧道內燃料的燃燒速度是敞開空間的3倍,隧道火災中,隧道內溫度可達到1000℃。當隧道發生火災時,向隧道內送風,在一定程度的風速下,火焰的燃燒速度和敞開空間一致;如果風速減弱,火源正上方的隧道壁溫度將很快升高,通過輻射熱量的返回,燃燒速度將猛烈增加。隧道火災煙氣流動和火焰傳播、擴散是十分複雜的現象。隧道火災的危害主要來自於煙氣和火勢的蔓延,而煙氣的擴散和火焰的傳播速度完全被隧道氣流控制。
無風隧道中煙氣自由流動擴散的主要特性。其特徵表現為緩慢而非穩定的流動擴散過程。火災初期階段煙氣在隧道上部空間呈流束狀的縱向延伸,同時逐漸向下部空間的空氣區橫向擴充套件。這種煙氣和空氣的分層作用將隨著煙氣擴散逐漸減弱以致消失,在一定距離處以全斷面的煙氣流狀態繼續擴散,已形成的流束狀煙氣也漸趨消失。其結果在隧道中形成大範圍、高濃度的煙氣危害區,在火災初期階段,利用煙霧和空氣的分層現象和擴散,將對控制隧道火災、防災起到積極作用。但是,當自由擴散形成煙氣危害區以後,將對防災產生不利的影響。利用通風氣流改變這一流動擴散形態,將對控制隧道火災、防災產生明顯效果。在自然風控制下隧道中的煙氣受限流動擴散特性表現為:在下部煙氣區,燃燒生成的煙氣即刻被氣流裹攜,並在強烈的混摻作用下很快擴散至整個流區空間。煙霧區位置和對煙霧的稀釋程度,是與火災的發生位置和強度密切相關的。在少數特定的條件下,直接利用自然風控制火災煙霧可以獲得良好的防災效果,但大多數情況下將對防災產生不利影響甚至嚴重後果。因此,利用風機對氣流的調節作用,改變煙霧的擴散形態對於控制火災是十分必要的。
利用風機改變隧道中的自然風狀態***包括靜止狀態***,這時的煙霧擴散完全被調控氣流所控制,稱為煙氣的強制擴散。由於氣流的調控不僅可以進行不同幅度的增速、減速調節,而且還能改變流動的方向。因此,被調控氣流所控制的煙霧擴散濃度和擴散區域也隨之變化,這種煙霧擴散特性更能適應隧道防災的要求。從此意義上說,煙氣的強制擴散是控制隧道火災的一種主要擴散形式。通過氣流的調控改變煙氣和火焰傳播擴散特性,不僅是必要的,而且也是可行的。
3 隧道火災的防範
3.1 隧道的耐火等級:隧道內發生火災時,隧道頂部的溫度將會很高。而公路隧道牆體內一般埋有電纜等設施,如果牆體耐火等級太低火災時極易將電纜燒壞,影響隧道內裝置的使用。因而隧道所用的材料耐火極限應為1.5h-2h ,隧道內的拱頂和側壁的表面應噴塗隧道防火塗料或其他措施予以保護,提高其耐火等級,使耐火極限達到2h以上,防止隧道內混凝土在火災中迅速升溫而降低強度,避免混凝土炸裂、襯內鋼筋破壞失去支撐能力而導致隧道內垮塌,防止牆體內埋的電纜等設施燒壞。同時對牆體內的電纜還應用阻燃電纜或耐火電纜,各類電氣線路均應穿管保護。
3.2 隧道內的消防設施:隧道是一個近似密閉狀態的交通設施,為了能及時瞭解隧道的營運情況,應在隧道內安裝電視監控系統。此外,為了使火災或其他突法事件能及時得到解決,隧道內還應安裝應急設施,主要包括報警設施***隧道內車輛多,排放的煙氣多,不適合安裝感煙探測器,宜採用感溫探測器或火焰探測器***。在安裝自動報警設施的同時還應安裝手動報警裝置,以便發現火情的人員能夠迅速報警。另外,宜在每隔一定距離設定消防應急電話,手動報警設施和應急電話可設在消火栓箱旁。疏散設施,為了控制人員傷亡和財產損失,也為了是消防人員快速進入火災現場撲救,必須儘可能快的疏散人員和車輛。短距離的隧道可用自然通風,如果隧道內採用縱向通風系統,火災時煙氣將會順車道擴散,則應設定避難設施。隧道內應設定事故照明和安全疏散引導引導標誌,以便火災時指示人們的避難方向。滅火設施,在隧道內應配備必要的滅火器材,應設定消火栓系統以及行動式滅火器材。
3.3 隧道的消防管理:隧道的火災主要是通過隧道內的車輛引起的,加強安全管理首先應從加強車輛管理入手,隧道管理部門通過監控系統對隧道內車輛進行監控,如果發生事故,隧道管理部門應立即派車進行疏散。公安交警應加強對進入隧道的車輛以及駕駛人員的檢查,對酒後駕車和疲勞駕駛的駕駛員不許進入隧道。另外,隧道管理部門還應定期檢查隧道內的消防設施、火災隱患和消防安全工作等。
4 隧道火災時各系統的控制
4.1 隧道通風系統的控制:正常交通情況:稀釋隧道內汽車行駛時派出廢氣中以CO氣體為主的有害物質和煙霧,為乘用人員、維修人員提供符合衛生標準的洞內空氣環境,為安全行車提供良好的清晰視線。
火災事故情況:通風系統具備雙向排煙功能,在事故發生時能控制煙霧和熱量的擴散,可根據消防及救援人員的現場要求控制和調節隧道洞內的風向和風量。火災狀態時,隧道內的風速應控制在3m/s以內。
控制的目的是保障隧道內環境指標處於標準允許範圍內,即CO濃度低於標準要求的230ppm,煙霧透過率低於0.0070。
啟動風機應首選累計啟動時間最短的風機,以平衡各組風機的勞逸程度,延長風機壽命。
為了減緩風機啟動瞬間的電流衝擊,啟動風機時各組風機之間要有足夠的延時,如果改變送風方向,應確保先關停再啟動反向運轉。
啟動一組風機5分鐘或10分鐘後,如果各項指標沒有明顯下降應再啟動一組,直到全部風機啟動。若還無法降至允許範圍內,監控系統應立即向監控員發出報警資訊,提示關閉隧道。
在隧道火災時,風機啟動和送風方向在火災早期應以抑制或減緩洞內煙霧和有毒氣體擴散速度和範圍為目標,以確保受困人員有足夠時間安全疏散。如果車行橫洞沒有安裝防火捲簾門,可以通過橫洞兩側前後兩組風機互相對吹,在車行橫洞內形成空氣反壓,來阻止火災隧道有毒氣體向另一側擴散。
4.2 隧道的照明控制:隧道的照明控制確保車輛駕駛員在進出隧道時實現洞內外光線平穩過渡,避免因“黑洞”或“白洞”現象而影響車輛行駛安全。照明控制一般根據洞口光強檢測值或人工設定的時序引數進行自動控制。但是在隧道發生火災時,應與事件處理要求實現聯動控制、為疏散人員和事件處理部門提供照明。
以上2個系統的控制在監控系統檢測到火災報警後,由監控中心下達命令,切斷市電供電,由市電切換到配電櫃處安裝的應急電源EPS,同時熄滅隧道內的照明燈,由EPS供電,支援應急燈照明和風機的執行,在此期間,依照設計時定的方案,自動或手動控制發電機的啟動,來供隧道內各個設施的用電。
4.3 可變情報板資訊的釋出:隧道洞內外情報板和可變限速標誌資訊釋出主要是配合隧道內事件的發生,及時向隧道內司乘人員和救助人員提供疏散路徑、隧道環境狀況、交通管制等資訊,以便及時掌握隧道內情況,配合應急部門處理應急事件。
4.4 隧道廣播:隧道廣播主要用於隧道突發事件時操作員指揮洞內受阻人員和車輛及時安全的按預定方案疏散,以及組織滅火等突發時間的處理。
4.5 交通訊號控制:交通訊號系統主要用於隧道正常交通指示以及隧道發生火災、交通阻塞和事故等事件的交通控制。
5 結束語
隨著社會的發展,高速公路建設越來越重要,隧道內的突發事件也同樣得到越來越多的重視,可見一份火災應急方案的制定對於高速公路的管理者來說是十分必要的。
預防和減少隧道火災帶來的損失,可以從以下幾個方面考慮:
***1***首先應進行合理的設計,根據發生火災的各種情況以及以及相應的原理,制定出最有效的安全措施;
***2***其次是設定應急設施,確保這些設施的方便性、有效性、預防性和系統性;
***3***通過資訊宣傳和各個部門的大力配合,使隧道司乘人員認識到自身行為的重要性
***4***針對各類事件編制周密有效的應急預案和控制預案,也是確保隧道安全的關鍵因素。
從各個方面採取措施,可以最大程度地降低道路隧道火災事故的危害,為人民造福,為社會造福!