田 博
（中铁置业集团有限公司，北京，100055）
【摘 要】通过对隧道防排烟系统的设计原则、通风排烟模式、风机设备布置和控制模式的分析，总结了隧道防排烟系统设计时应遵循的原则和注意的问题，得出将烟气控制在最小范围之内，并保证乘客安全疏散条件下的临界风速和余压值，为其他隧道通风设计提供经验和参考依据。
【关键词】防排烟系统；隧道通风；系统控制
前言：
随着我国公路、铁路隧道建设越来越多，车流量密度逐年增加，隧道发生火灾的概率也会大大增加，如果发生火灾将导致严重后果。因此，科学、合理的选取有效的隧道防烟方式，有效的控制有害气体和烟气的扩散意义十分重大。
一、隧道防排烟系统设计原则
1、区间阻塞工况
当列车阻塞在区间隧道内时，阻塞区间后方的区间机械事故风机全部进入送风状态，前方的区间机械事故风机全部进入排风状态，在阻塞区间形成“前排后送”的纵向通风方式，气流方向与列车前进方向保持一致，以保证阻塞区间的通风条件，并补给阻塞列车内乘客所需的新鲜空气。
2、区间火灾工况
列车在区间隧道内发生火灾后，需立即向设置在邻近车站的“消防值班室”报警，消防值班人员需要确认列车在隧道内的位置、着火车厢的位置、着火点距安全通道的距离等内容，并指挥列车及相邻的事故风机或射流风机按照设定的火灾程序模式开启运行，并迅速采取紧急救援疏散措施。一般情况下，着火列车尽量开出前方洞口，到邻近车站进行人员疏散和组织灭火。
如果列车失去动力，无法开出前方隧道洞口，只能在隧道内进行疏散，则需根据列车着火点的部位决定事故区间的送风、排烟模式。排烟的原则是使人员疏散区最大限度的处于新风区，并保证区间隧道断面风速≥2.0m/s，且最高风速不高于11m/s。
3、疏散通道新风工况
当隧道设置疏散通道，人员需通过疏散通道进行疏散时，需要对疏散通道送入一定量的新鲜空气，以保证疏散通道内的正压要求，防止烟气进入通道，并保证人员的新风量需求。
二、隧道通风/排烟模式
按风流在隧道内的流动方向划分，隧道通风方式可以分为纵向式、横向式和半横向式三种。隧道排烟模式应根据隧道种类、火灾疏散方式，并结合隧道正常工况的通风模式确定，将烟气控制在最小范围之内，以保证乘客疏散路径满足逃生环境要求，并为消防灭火创造条件。
1、纵向通风
纵向通风是一种简单的通风方式。它只需在隧道的适当位置安装通风机，靠风机产生的通风压力迫使隧道内空气沿隧道轴线流动，就能达到通风的目的。由于简单，纵向通风在隧道中使用较多，也研究较多。经过长期实践，形成了多种多样的纵向式通风方式，但归纳起来有射流风机通风和竖井送排式通风两大类，这两种通风方式也可以结合起来应用。
图3 隧道事故火灾示意图
b）通风风速控制受隧道的特征因素影响大
在纵向通风模式下，火灾烟流控制方案的目的就是防止烟雾回流，也即应控制烟流向某一个方向（火源点下游）排放，这就引出了临界风速的概念，即使烟雾不发生回流的最小风速。临界风速的影响因素众多，包括火灾强度、燃料类型、隧道坡度、断面形状、送风温度等，实践过程中只能通过经验公式确定。对于某些特长隧道，往往隧道两端高差较大，存在明显的烟囱响应，自然风压影响较大，临界风速难以准确估算。另外，若通风速度过大，将会影响下游烟气层化效应，在下游较远处的烟气层高度迅速降低至地面，将会对人员疏散造成威胁。
c）火灾救援灭火路径单一
在纵向火灾通风模式下，灭火人员只能通过起火点上游进入灭火。火灾上游处可能有人员疏散，或发生其他意外，致使消防车辆无法接近。
2、全横向式、半横向式通风
隧道断面被分为送风道、排风道和行车道三部分。新鲜风流由风机送入送风道，经送风孔进入行车道，与污染空气混合后，横穿隧道，经排风口进入排风道，由风机排出。
横向式通风的最大优点是隧道内一旦发生火灾时，火灾点附近的送风口和排风口闸门全部打开，其它的送风口和排风口闸门则关闭，这样，风流只能从火灾点附近的送风口进入隧道，并很快经排风口排出，可以有效地抽排烟雾，从而防止了火灾蔓延。
半横向通风只需设置一个送风道或排风道，隧道断面被分成送风道或排风道和行车道两部分。送风式半横向通风是将新鲜空气由风机、风井送入送风道，经送风孔进入行车道，在行车道内与污染空气混合后沿隧道排出。可见，半横向通风是介于纵向和横向通风之间的一种通风方式。这种通风方式综合了纵向通风和横向通风的优点和缺点。通风效果和安全性等也介于二者之间，在一些重要隧道中，因采用横向通风费用高，可考虑采用半横向通风方式。
图5 半横向通风示意图
和纵向通风相比较，横向通风供风均匀，污染空气在隧道内滞留时间短，隧道内可见度高，有利于火灾管理，是更为理想的隧道通风方式。但横向通风需要在隧道内设置轨顶风道或在隧道侧上方设置风道，还需设置风井，从而使隧道建筑工程量增大，费用增高。另外，由于受隧道施工断面限制，设在车道板下和吊顶上的送风道和排风道断面小，隧道通风阻力大，通风能耗大，运营管理费用高，具体表现为以下几个方面。
a）受隧道特征因素影响少
隧道内的风速、坡度、断面形状对排烟效果的影响小，容易实现控制烟气。同时火灾烟气直接进入排烟风道，能有效限制烟气蔓延，实现就地排烟。
b）风道吊顶安全保障要求高
火灾过程中，风道顶板直接受火，隧道火灾温度可能达到一千度以上。因此，若顶板防护不当，极易被烧毁，一旦被烧毁则通风系统被破坏，救援及恢复营运都比较困难。
c）火灾救援途径多
消防救援力量可以从起火点上下游同时进行灭火行动，消防救援策略可供选择性多。
d）设备控制要求高
在火灾通风过程中，需根据火灾情况控制排烟口的开闭，完善的排烟控制系统非常必要。
3、不同通风方式隧道在火灾工况下的特点
在纵向通风的隧道中，发生火灾后，应根据火灾点的位置和火灾规模调整各个风机的工作状态，使洞内保持一定的通风风速，确保烟雾不发生逆流，并便于组织救援工作。此种通风方式容易使隧道在较大的范围内成为受灾区。
横向式通风的最大优点是隧道内一旦发生火灾时，火灾点附近的送风口和排风口闸门全部打开，其它的送风口和排风口闸门则关闭，这样，风流只能从火灾点附近的送风口进入隧道，并很快经排风口排出，可以有效地抽排烟雾，从而防止了火灾蔓延。但火灾时，形成风道的吊顶板极易被烧毁，一旦被烧毁则通风系统被破坏，救援及恢复营运都比较困难。
在半横向式通风的隧道中，如果是采用从隧道顶部的送风道送风的方式，则火灾发生后送风机应改为逆转而成为吸出式，如果是采用从隧道顶部的排风道排风的方式，则风机无需逆转。无论是哪种方式，都只打开火灾点附近的送风口或排风口闸门，其它的送风口或排风口闸门则关闭。如果风机需要逆转，则在风机逆转、闸门启闭和隧道内风流反向之前的这段时间内火灾可能己经发展到一定规模，甚至导致隧道风道的吊顶板烧毁，从而破坏隧道的通风系统。
4、不同通风方式送排风风量的计算
纵向通风方式需计算隧道内控制烟气的临界风速，再通过专门的模拟软件计算出隧道所需的通风量。当考虑到人员疏散时，还需满足人员的迎面风速。
横向式和半横向式通风与火灾所产生的烟量、风道位置等因素有关，需通过模拟计算软件计算得出隧道所需的通风量。
三、风机布置
根据地下区间线路的长度及隧道断面的区间形式，设置事故通风/排烟的设施。结合隧道的施工方式，尽量利用盾构井或斜井位置，设置区间风机房。每处区间风机房内设置机械风机及其配套设施负责区间事故通风/排烟。另外，在两端距离洞口附近的地下区间一般设置3组射流风机，每组间距80~100m左右，作为区间事故通风/排烟的辅助设施。
当设置有救援站、疏散通道、横通道、平行导坑等人员避难设施时，需在适当位置设置机房，且应尽量利用盾构井或斜井，以减少土建投资。机房内设置机械风机及其配套设施负责在人员疏散或避难时阻挡烟气及提供新鲜空气。
四、系统控制与运行模式
1、系统控制
环控系统需要控制的内容有：事故通风系统及防排烟系统。
控制方式：就地控制、就近车站的综合控制室远程控制两种方式。
2、运行模式
1）区间阻塞工况的运行模式
当列车临时停车停在区间隧道内时，该段区间后方的区间机械事故风机全部进入送风状态，前方的区间机械事故风机全部进入排风状态，在该段区间形成“前排后送”的纵向通风方式，气流方向与列车前进方向保持一致，以保证该段区间的通风条件，并能补给列车内乘客所需的新鲜空气。
2）区间火灾工况的运行模式
列车在区间隧道内发生火灾，需根据列车着火点的部位决定事故区间的送风、排烟模式。当车头火灾时，气流方向与列车前进方向保持一致；当车尾火灾时，气流方向与列车前进方向相逆；当列车中部发生火灾时，则需要结合具体疏散模式来确定气流方向。
五、结论
1）当考虑区间隧道任意点火灾，只能在隧道内进行疏散时，需根据列车着火点的部位决定事故区间的送风、排烟模式。排烟的原则是使人员疏散区最大限度的处于新风区，并保证区间隧道断面风速≥2.0m/s，且最高风速不高于11m/s，且应满足临界风速的要求。
2）紧急出口、避难所或紧急救援站，应设置机械加压防烟设施，防烟系统的余压值应为45~50Pa，防护门处的风速不应小于2m/s。等待区新风送风量应满足10m3/（人?h）最小要求。
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论文作者:田博
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/14
标签：隧道论文; 火灾论文; 区间论文; 风机论文; 风速论文; 风道论文; 横向论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;