翔安海底隧道火灾工况下通风排烟方案设计

石京伟

(中铁电气化局集团第一工程有限公司，北京 100070)

目前国内隧道的通风方式主要有3种，即全横向通风、半横向通风和纵向通风。根据国内外大多数公路隧道通风设计经验进行类比分析，对于双向分离式隧道，纵向式通风由于能够充分利用交通流的活塞风效应，通风效果好，因此应用最为广泛。该方案具有通风效率高、洞内环境舒适、噪声较小、耗电量较小、环保效益好等优点，缺点是比不分段纵向式投资稍大。对于火灾机械排烟系统，采用与隧道运营通风系统合用方案，该方案的优点是不需要另外设置特殊的排烟设施，火灾产生的烟气可通过隧道主洞从隧道洞口或竖井排出，节省投资。

1 翔安海底隧道通风系统概况

厦门翔安海底隧道是我国大陆第一条海底隧道，隧道全长6.05 km，其中海域段长4.2 km。采用3孔隧道方案，两侧为行车主洞各设置3车道，中孔为服务隧道。隧道最深处位于海平面下约70m。左线和右线隧道各设通风竖井1座，隧道全线共设12处行人横通道和5处行车横通道。隧道内配备完善的监控、照明、通风、消防喷淋灭火装置等设施。

翔安海底隧道采用纵向分段送排式纵向通风方案。隧道通风系统的设计综合考虑了隧道平纵面线形、分段竖井所在位置的地形地质条件、隧道分段设计需风量分配等各方面因素，左右线分别在厦门和翔安岸边设送排风竖井，两竖井各负担一条隧道的空气交换。由于隧道出洞段正好是上坡，因此竖井靠近出洞一端设置，将隧道分成两段，虽然两段长度相差较大，但两段需风量相差不大，比较合理。分段竖井位置见表1。

表1 隧道分段

根据风机分期方案、轴流风机的特性以及国内外隧道竖(斜)井轴流风机通风工程的建设经验，翔安海底隧道竖井送(排)风轴流风机设计采用多台并联运行的方式。按照尽量降低风机单机功率、尽量减少风机规格的原则进行轴流风机配置，近期轴流风机配置见表2。

根据分期实施方案设置射流风机，通车初期至2015年之前采取近期设置方案，并预留远期风机安装位置及预埋件。按照射流风机的设置原则，主洞射流风机设置详见表3。

2 正常和火灾情况通风气流组织

2.1 正常运营通风气流

根据翔安海底隧道的特点，正常营运情况下采用的是分二段纵向通风方式。隧道正常运营时，左右线排风口风阀开启，左右线排烟风阀关闭，通风系统根据隧道内的CO浓度和能见度控制风机的开启;左、右线所有车行横洞门和人行横洞门均关闭。正常营运情况下通风气流组织如图1所示。

2.2 隧道火灾通风排烟总方案

隧道火灾通风的目的是保证隧道内人员的疏散并为灭火救援提供通风方面的安全保证，主要表现为:①提供逃生人员需要的新鲜空气，由于火灾发生时需要消耗大量的氧气，导致隧道内滞留人员缺氧，威胁其生命安全;②阻止火灾产生的烟雾四处蔓延，在外界风力较弱的情况下，火灾产生的有毒烟雾四处蔓延，影响隧道内滞留人员的判断和行动能力，导致判断能力差、行动迟缓，严重影响人员逃生，并威胁其生命安全。

表2 轴流风机近期设置

表3 隧道射流风机设置 台

图1 翔安海底隧道正常运营通风气流组织

翔安海底隧道的火灾通风按照以下原则进行设计:①火灾工况按一次火警考虑进行设计。②火灾规模根据预测交通量、交通方式和车种比例等选择20mW作为设计标准，相当于一辆大型客车着火。③隧道发生火灾时，按纵向通风系统提供阻止烟雾逆向流动的临界风速所需的推力来确定启动的射流风机，按排烟所需的排烟风量来确定启动的轴流风机。

翔安海底隧道的火灾通风设计如下:①运营通风系统与火灾通风系统采用同一套通风设备。②根据运营通风的分段，采用分段排烟方式。③一旦隧道发生火灾，隧道暂时关闭，左右线隧道都只能允许车辆和人员撤出隧道，严禁车辆进入隧道。通风系统进入排烟运行程序，及时有效地控制烟雾的流动并迅速排出隧道。

隧道的风段以通风竖井排风口的位置和排烟通道口为界，将隧道排烟分为3段。左线隧道厦门端洞口至左线竖井排风口为第Z1段，左线竖井排风口至左线排烟通道口为第Z2段，左线排烟通道口至隧道翔安端洞口为第Z3段;右线隧道厦门端洞口至右线排烟通道口为第Y1段，右线排烟通道口至右线竖井排风口为第Y2段，右线竖井排风口至隧道翔安端洞口为第Y3段。分段详见表4和表5。

表4 左线排烟分段

表5 右线排烟分段

2.3 火灾时通风气流组织

翔安海底隧道火灾时的通风气流组织具体如下:

1)在火灾初期，调整通风系统降低风速，避免烟雾扩散太快，以利火点附近的人员疏散。部分射流风机启动，轴流风机关闭。

2)火点前的车辆继续行驶，向前从隧道出口疏散。火点后的车辆停止前进，人员从最近的车行、人行横洞疏散。通风系统调整风速至临界风速，控制烟雾流向前方。射流风机全部启动，轴流风机关闭。

3)车辆、人员疏散完后，消防队员通过横洞进入火点实施灭火，通风系统保持临界风速。

4)火灾扑灭后，通风系统按最大通风量运行，快速将烟雾从前方的排风口(竖井或隧道洞口)排出。射流风机全部启动，轴流风机启动。

以下以右线隧道Y2段为例介绍通风气流组织方案。图2和图3为右线隧道Y2段发生火灾时不同时期的通风气流组织方案。

图2 右线隧道Y2段消防灭火期通风气流组织

图3 右线隧道Y2段火灭后排烟期通风气流组织

2.4 通风性能测试

为确保人员安全，隧道发生火灾时应使隧道内的人员停留区域尽可能为无烟区，这就要求隧道通风排烟系统在火灾发生后能及时将烟气从隧道排出。翔安隧道采用的是竖井分段式纵向排烟方式，通风系统应用于这种超大断面、长距离的海底隧道中在国内尚属首次。为此，翔安海底隧道专门邀请了设计方中交第二公路勘察设计研究院有限公司及武汉大学灾害监测与防治研究中心对隧道火灾工况下的通风排烟效果(隧道热烟试验)进行了测试。

测试结果显示，在火灾工况时，当翔安隧道左右线所有的射流风机和轴流风机开启后，竖井基本上能把上游蔓延过来的烟气全部吸入排风口中，只有少部分烟气会蔓延过排风口，基本达到了设计的排烟排风要求。隧道内测试风速＞3 m/s，在人行横洞防火门和车行横洞防火卷帘门关闭的情况下，隧道风速可以达到3.5m/s，可满足设计火灾风速的要求。说明该隧道能够达到隧道纵向临界风速的要求，且左右线的风机都可以根据隧道实际运营需要调整风速。

3 结束语

翔安海底隧道工程通风系统方案，总体上能够满足隧道正常运营及火灾时的通风排烟需要，各类机电设施设备只要加强维护、保养，并能合理调度，可以保证隧道运营安全。

［1］中华人民共和国交通部.JTJ 026.1—1999 公路隧道通风照明设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］夏永旭，赵峰.特长公路隧道纵向—半横向混合通风方式研究［J］.中国公路学报，2005，18(3):80-83.

［3］王晓雯.公路隧道送排式纵向通风流体力学分析与计算模型［J］.重庆交通学院学报，2004，23(2):16-20.

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［5］孙巧燕，杜爱月，苏诗琳.基于模糊控制的公路隧道通风控制系统［J］.长安大学学报，2003，23(4):51-53.

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