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隧道通风与防灾随着公路隧道的大规模建设，交通流量、危险品运输量、隧道数量都日益增多，隧道长度逐年增长及车速的提高，公路隧道内火灾的危险会呈上升的趋势等。
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公路隧道防灾救援
公路隧道火灾概述
概述：随着公路隧道的大规模建设，交通流量、危险品运输量、隧道数量都日益增多，隧道长度逐年增长及车速的提高，公路隧道内火灾的危险会呈上升的趋势，隧道火灾安全问题成为国内外专家共同关注的焦点
公路隧道火灾特点
时间特点
火情成灾时间特点：成灾时间短，失火爆发成灾的时间一般为5～10min
人员逃生疏散时间（时间短、难度大）
温度场特点
高温烟气流动快，高温迅速沿隧道蔓延，顺风时空气温度可达到1000 ℃，且火能从一个火点“跳跃”引燃下一个着火点
隧道内纵向温度分布随着远离火区温度逐渐降低，同等条件下，随着通风风速的增大，火灾区附近的温度下降，而沿程温度上升，温度纵向分布曲线变得平缓
当通风风速<2.0m/s时，隧道内温度的横向分布规律是拱顶>拱腰、边墙>底部，当风速>2.0m/s时，火区底部高、拱顶最低；火区下游拱顶最高、底部最低；远离火区后横断面温度分布渐趋均匀
烟雾场特点
烟雾地带长，且在很短的时间内（20～30s）即充满整个隧道断面，使能见度降低到1m左右
在纵向通风的情况下，烟雾在不到1min的时间内即充满整个断面；在不通风的情况下，烟雾的纵向扩散速度为1～2cm/s
温度越高，烟雾纵向扩散速度越快
烟雾在厚度方向的扩散速度为2～4cm/s
交通特点
火灾初期阶段：由于火势较小或处于阴燃状态，后续车辆大多从着火车辆旁驶离逃生，容易操作失误，造成二次事故
灭火救援阶段：救援车辆不易进入，火灾隧道现场混乱，交通组织、救援指挥、车辆调度困难，车辆和人员难以逃生，火灾事故危害大、损失大
车辆疏散阶段：由于大量车辆滞留，隧道、路段以及相邻出入口的协调控制、信息提示诱导与调度指挥能力是能否尽快疏散滞留车辆与人员的关键
隧道火灾分级
按火灾规模分类
小型火灾：一般为客车着火，释热率3～5MW
中型火灾：一般为货车或公共汽车着火，释热率10～20MW
大型火灾：一般为载货汽车或油罐车着火，释热率50～100MW
公路隧道防火设施
公路隧道安全设施的组成
报警设施：手动报警器、自动报警器（火灾探测器）、紧急电话
警报设施：警报显示板、闪光灯及警报灯、音响信号发生器
消防设施：灭火器、消火栓、给水栓、喷水雾设施、消防车
其他设施：排烟设施、避难设施（车行及人行横洞）、紧急停车带、导向设施（导向标志、广播设施）、应急照明及电源设施、隧道电视监控系统、隧道管理中心
公路隧道火灾报警设施
隧道火灾报警系统
隧道火灾报警系统是监控系统的一个重要的子系统，它与其它子系统集成到中控系统，为中控系统提供火灾信息，火灾可以通过人工手动报警按钮进行人工报警，或者通过火灾探测器自动报警，在火灾报警系统中，火灾探测器是其重要的组成部分
火灾探测器
功能：燃烧会产生烟雾，引起周围环境温度升高，发出辐射光或可见光，这是燃烧过程中所发生的一些物理现象，火灾探测器就是利用火灾发生时周围这些物理量的变化来探测火灾
组成
感烟探测器
感温探测器
感光探测器
气体探测器
复合探测器
种类
空气管线型差温火灾探测器
感温电缆
红外线感烟火灾探测器
光纤光栅感温火灾探测器
双波长火焰探测器
其他火灾报警设施
手动报警器：是一种开关式报警装置（一般每隔50m装一个），需要报警时按下开关，报警信号就会传递给中心控制室
紧急电话：是一种报警专用电话（一般每隔200m装一个），报警者拿起电话便可以直接向中心控制室报告火灾地点和灾情
公路隧道火灾报警系统配置
根据隧道交通工程分级（长度与交通量）进行配置
公路隧道火灾消防设施
灭火器
灭火器的种类
卤代烷灭火器
泡沫灭火器
干粉灭火器
二氧化碳灭火器
使用方式
固定式
移动式
车载式
消防车专用
手推车
手提式
灭火器的配置要求
隧道内应配置手提式灭火器，成组配置在灭火器箱内，每个灭火器箱内的灭火器数量不应少于两具，不宜多于五具，灭火器箱设置间距不应大于50m
每处灭火器数量计算
消火栓
隧道外消火栓
隧道每个出入口应设置室外消火栓，宜采用地上式
隧道内消火栓
隧道内宜采用双口双阀室内消火栓，应保证隧道内的任何部位应有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达
消火栓箱应安装在隧道侧壁上，设置间距不应大于50m
水成膜泡沫灭火装置
隧道汽车燃油火灾宜采用水成膜泡沫灭火
水成膜泡沫灭火装置应安装在隧道侧壁的箱体内，设置间距不应大于50m，与隧道内消火栓同址设置
自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统（水滴粒径0～6mm）
水喷雾灭火系统（水滴粒径0.2～2mm）
细水雾灭火系统（水滴粒径0.1～1mm）
泡沫-水喷雾联用灭火系统
消防车
普通消防车：以水作为灭火剂，水来源广泛、价格便宜，在一般中小公路隧道中配备
专用消防车：专门用于某种特殊火灾（如燃油、燃气火灾）的消防车，在一些长大公路隧道、重要城市道路隧道以及专用线公路隧道中应配备
消防水源及水量
公路隧道一般都远离城市，隧道的消防给水水源可采用溪水、河水、隧道涌水及地下水等
当利用天然水源时，应确保枯水期最低地下水位时的消防用水，且应设可靠的取水设施
隧道消防用水的供水方式一般情况下将消防水池设于高处，利用重力供水，当无条件设置高位水池时，应采用自动加压供水
公路隧道火灾烟气控制
隧道火灾燃烧的烟流形态和温度场
从火场至排烟出口可划分为A、B、C、D四段（下图按中型火灾，即一辆货车着火考虑，进行火灾通风）
A段（火场）：有火焰，燃料产生的高温烟气，以及隧道纵向通风流入的冷空气被火焰加热膨胀后的热空气快速上升，气流折向两侧和前方，此时顶板温度可达1 200℃，拱部（火焰之外）的烟气温度可达400℃～500℃
B段：隧道上部为快速流动的高温烟气，而下部风速很小，烟气不多，甚至接近新鲜空气，上下部差异甚大
C段（渐变区）：由于烟气的比热值较小，在热量不断传给衬砌的过程中，烟温下降很快，此段烟雾纵向速度和温度迅速降低，至C段的终点即降为常温，风速也接近火场之前的纵向风速；烟气充满隧道全断面
D段：烟气温度已是常温，烟气充满隧道全断面
火灾时隧道内各参量性态
随着火灾规模的扩大，产生的烟雾越多，温度也相对越高，则制止回流要求的风速也越高
坡度对于临界速度也具有明显的影响，沿下坡方向通风的隧道，制止烟雾逆流的临界速度大于水平的隧道和沿上坡方向通风的隧道
火灾时，为了位于火区上游车辆、人员的安全逃生，同时控制烟气的流动，火灾初期，隧道内需要很快在纵向建立起2～3m/s的纵向风速
隧道火灾火风压
火风压定义 火风压是隧道发生火灾时， 由于考虑高温烟流的存在而引起的通风阻力增量
火风压的组成与计算
火区加速阻力 ：上游空气经过火场因高温膨胀而使风速加大，动量增加；燃料燃烧产生烟气，也增加了动量；纵向气流经过火场时火焰及燃烧的车辆对风流有阻挡，此为绕流阻力；另外，还有烟气与洞壁间摩擦力——克服各种阻力并推动烟气使动量增加的力统称为加速阻力
高温烟气热压差 ：由于高温烟气的体积增加、密度减小，则在隧道内形成热压差；如通风方向是上坡（烟囱效应），它是负阻力，下坡则是阻力，平坡时不存在热压差
高温烟气摩阻增量 ：由于烟气与隧道壁面的摩擦和流体内部的湍流团相互摩擦产生的阻力，称为摩擦阻力；烟气的摩阻与密度是一次方关系，与风速是二次方关系，当烟气的温度发生变化时，密度、风速也会发生变化（考虑质量流量不变），烟气摩阻也会相应发生变化
公路隧道火灾疏散救援
避难逃生通道
避难逃生通道设置原则
隧道发生火灾后，人员是否能安全疏散主要取决于两个时间：火灾发展到对人构成危险所需时间（危险时间Tf）、人员疏散到安全场所需要的时间（疏散时间Te ）
人员疏散时间通常由火灾探测时间T1、反应时间T2、行动时间T3组成
避难逃生通道设置方法
以双管隧道间的联络通道作为逃生救援通道
在隧道车道板下设置逃生通道
以服务隧道作为逃生通道
以竖井作为逃生通道
公路隧道火灾人员救援模式
隧道结构防火及火灾损伤评估
隧道结构防火要求
防火考虑因素
混凝土爆裂
混凝土耐久性降低、力学性能劣化
钢筋强度、弹性和黏结性能弱化
高温作用下的衬砌结构体系内力变化及承载力降低
衬砌结构体系的变形
隧道衬砌防火措施与方法
利用防火材料隔热防护
防护原理：利用防火材料本身导热系数降低混凝土受火面与热烟气流的综合换热系数，达到隔断或者减弱热荷载的目的
施作方法：防火板、防火涂料
利用喷水（雾）降温防护的方法
这种降温措施对于隧道早期灭火和隧道内降温效果较好，但需要可靠、充足的水源，此外造价及维护费用也相当高
喷水（雾）系统也会破坏隧道内的逃生环境，目前仍然争议很大
改善混凝土性能的防护方法
掺加聚丙烯纤维
掺加钢纤维（钢纤维+聚丙烯纤维）
增设钢筋（钢筋网）
改善混凝土材料组成、配合比
增加衬砌混凝土厚度的防护方法
增加衬砌混凝土的厚度（包括增加钢筋保护层厚度）来提高隧道衬砌结构的耐火能力（包括抗爆裂及承载力）
在火灾中，由于混凝土的不断爆裂，仍然可能会使钢筋暴露在火灾高温中，也会导致结构失效
隧道结构火灾损伤评估
火灾评估程序
隧道火灾现场勘查
初堪
轻微损坏
中度损坏
复堪
安全
可能危险
有危险
严重损坏
