大跨径斜拉桥火灾下风险防范措施研究

刘鹏

(中信正业(武汉)投资发展有限公司，湖北 武汉　430040)



大跨径斜拉桥火灾下风险防范措施研究

刘鹏*

(中信正业(武汉)投资发展有限公司，湖北 武汉430040)

摘要：为了研究制定斜拉桥火灾作用下的风险防范措施，以某斜拉桥为工程对象，结合桥梁发生汽车燃烧火灾事故特点，制定斜拉桥火灾事故防护体系图，在桥梁关键部位设置各类标志措施以实现火灾下的交通疏散。建立斜拉桥抗火救援保障体系，布置监控报警系统和桥梁应急显示系统，关键部位设立消防灭火措施，保证了火灾下斜拉桥的安全运营。

关键词：斜拉桥；火灾；运营阶段；防范措施

1引言

随着易燃易爆品的车辆增多及桥梁工程的飞速发展，越来越多的车辆在桥梁上行驶时发生燃烧。2007年6月20日，美国纳什维尔的一座公路高架桥上，装有石油的油罐车与货车发生碰撞，燃烧起火，大火使桥梁的温度迅速升高，事故发生后，桥梁处的交通被封锁，重新加固维修后才得以通车。2012年11月16日，胶宁高架路镇宁立交桥上一辆面包车自燃，导致桥梁发生损伤，消防队员赶到后历经 1.5 h后才完全将大火扑灭[1]。大跨径斜拉桥跨径大，结构整体柔度大，一旦发生火灾，不仅会造成人员重大伤亡，导致桥梁交通陷于瘫痪，同时会对桥梁结构造成整体或局部损伤，增加桥梁修复难度，损失不可估量[2]。

目前，国内外针对隧道火灾的研究成果，制定出隧道火灾的风险防范措施，对于桥梁结构的火灾研究多集中在中小型简支和连续梁，对大跨径斜拉桥上的火灾方法措施，相应的研究很少。大跨径斜拉桥作为城市中的重要通道和交通枢纽，承担着巨大的同行交通流量的压力，导致桥梁上发生汽车燃烧火灾的风险概率很大，对桥梁正常运营和结构安全造成严重威胁。因此，研究火灾下大跨径斜拉桥风险防范措施是一项十分重要的研究内容，具有重要的理论意义和工程应用价值。

2工程概况

某斜拉桥的跨径布置为90 m+160 m+616 m+616 m+160 m+90 m，横跨长江，桥梁全长 1 732 m。结构形式为三塔半漂浮体系的钢-混凝土梁斜拉桥，桥型布置如图1所示。

斜拉桥中的斜拉索由高强平行钢丝构成，单根斜拉索钢丝的直径为 15.2 mm，抗拉强度为 1 860 MPa。斜拉索在全桥采用双索面进行布置，全桥共计132对斜拉索。

3火灾下斜拉桥风险防范措施

火灾下斜拉桥的防火措施整体上应当遵循“防护为主，治理结合”的原则[3]。在斜拉桥的防火救援中，存在着相互作用的多个环节和部门，每个部门应当针对相应的环节进行作用，才能顺利的保障桥梁火灾下的安全运营。相应的防火流程和救援体系可以借鉴隧道中的研究成果，根据防火原则结合本斜拉桥的工程实际情况制定出桥梁火灾防范体系如图2所示。

3.1管理措施

对于斜拉桥上发生的火灾，起火源主要是由于车辆发生燃烧产生，其中车辆燃烧事故中大部分是由于汽车发生碰撞引起的交通事故导致的，因此首先应当采用必要的管理措施降低汽车在斜拉桥上发生燃烧的概率[4]。将交通行车标志布置在上下桥的入口处，如图3所示，合理分流上下桥处的车辆，避免造成交通堵塞出现交通事故，发生交通事故后及时限行和疏散周围车辆，限制车辆上桥通行，以免造成连环事故。

图2斜拉桥火灾事故防护体系图

对于大型装有石油和易燃易爆品的车辆而言，发生火灾的概率非常高，且一旦在斜拉桥上发生火灾，灭火难度很大[5]，故对于大型石油和易燃品的车辆，应当在上桥前进行登记、注册、申报，由管理部门进行相应的检查，满足安全条件后方可过桥，并且在过桥时应当从桥梁中间车道通行，避免发生火灾后对斜拉索造成损害。

桥梁管理方应在日常对桥梁火灾相关知识进行宣传。使车辆驾驶人员了解桥梁上相关灭火设施和报警设施的设置位置和紧急情况下的正确使用方法。桥梁上一旦发生汽车燃烧火灾事故，司乘人员应及时进行报警，主动承担起灭火剂协助灭火的义务。

3.2抗火救援保障体系

大跨径斜拉桥受力特点复杂，并且斜拉索作为桥梁的主要承重构件，火灾下升温迅速，力学性能降低速率极快，极易发生破坏。因此斜拉桥上发生火灾后，必须在火灾发展前期进行灭火处理，控制火势规模和火势范围，避免斜拉索等关键构件发生破坏。与此同时应当限制火灾后的车辆上桥，进行交通封锁，避免造成更大的损失。

斜拉桥火灾发生后，各部门应当联合协调组织抗火救援工作，分工明确，达到作用最大化，严格按照抗火救援流程执行救援工作，桥梁灭火救援流程图如图4。火灾发生后，首先通过报警，信号传递到监控室，在通过有线、无线广播，桥梁入口处可变显示设备，然后进行相应的抗火措施的部署，使各部门相互协调开展救援工作。

将火灾事故突发状况的应急显示牌布置在斜拉桥的上下桥处，如图5所示。一旦发生火灾，及时反馈出突发状况，供桥梁管理部门安排救援工作，进行车辆的调度。

由于斜拉桥火灾发生后桥上的车辆会产生滞留现象，短时间内难以得到疏散，此时间段内桥梁持续承受高温热荷载，承载能力受到严重的影响，应当尽快疏散周围车辆进行抗火救援，因此在桥梁的设计上，应当采用可以互通式的中央分隔带[6]，一旦桥梁上发生火灾，车辆能够通过互通式分隔带尽快进行转移。

3.3设置桥梁必要的抗火设施

对于斜拉桥这种柔性较大的结构，汽车在斜拉索位置处燃烧会对桥梁结构造成极大不利的影响，因此应当建立可靠的报警监控系统和灭火系统。

(1)建立可靠的报警监控系统

报警监控系统由监控摄像机和报警电话组成，用来及时监控桥梁上的突发火灾，一旦发生火灾第一时间进行报警，使信息传达到桥梁管理部门，进行抗火救援。报警监控系统的布置位置应当以最不利火灾场景为原则，结合具体桥型进行布置。既保证报警监控系统位于显眼位置，又能使其监控到最不利火灾场景。因此，本研究确定将报警监控系统沿斜拉桥纵桥向布置在斜拉桥每跨的跨中位置、上下桥出入口、桥塔处，横桥向布置在中央分隔带处和人行道栏杆处。

(2)设置合理的消防设施

消防措施主要分为灭火器和消火栓，考虑到本工程中的桥梁横跨长江，消火栓的设置难度较大。因此本斜拉桥主要采用灭火器的方法进行灭火，灭火器选用的原则应当结合火灾种类和火灾相应的规模。根据隧道火灾中的研究成果，火灾中可燃物一般可分为5类，具体如下：

A类火灾：起火源为含有碳的物质，例如木质材料、棉毛材料等。

B类火灾：起火源主要为液体可燃物，例如石油类材料、醇类材料、酮类材料。

C类火灾：起火源主要为气体可燃物，例如烷类材料、炔类材料。

D类火灾：起火源主要为金属可燃物，例如镁、钠等材料。

E类火灾：起火源主要为电器设备可燃物，例如电线、电缆等材料。

桥梁火灾为开敞环境的车辆燃烧火灾，因此起火源主要集中在A、B、C三类材料中。由《建筑灭火器设置规范》可知，卤代烷型灭火器可通用于上述三种火灾类，因此，将此类灭火器配备在灭火箱中，单个灭火箱中配备4组灭火器。

灭火器在斜拉桥上的位置应当根据防火设置原则并结合相应的桥型进行布置。布置时需考虑：①布置位置处必须方便及时取用，在布置位置设立发光和反光标识，便于被桥梁上的管理人员和驾驶人员及时发现，并且不能够妨碍火灾下的人员和车辆的疏散；②设置在斜拉桥危险火灾场景发生的位置。

综合上述原则，并考虑到斜拉桥上的火灾规模，灭火器在桥梁上的布置位置为：灭火器横桥向布置在桥梁跨中和上桥处的防撞栏杆和中央分隔带处，布置的纵向间距为 150 m～ 200 m。

4结论

本文根据桥梁火灾的特点，研究大跨径斜拉桥运营过程中车辆燃烧火灾风险防范措施，制定了斜拉桥汽车燃烧火灾事故防护体系图，在斜拉桥上关键部位设置各类行车标志措施以实现火灾下的交通疏散。建立斜拉桥抗火救援保障体系，布置监控报警系统和桥梁应急显示系统，关键部位设立消防灭火措施，为保障桥梁的安全运营提供技术指导。

参考文献

[1]王诗青. 公路桥梁风险评估关键技术研究[D]. 天津：天津大学，2010.

[2]林辉，周云岗，简方良. 考虑风险的桥梁防火措施选择[J]. 重庆交通大学学报·自然科学版，2011，30(2)：213～217.

[3]闫治国，杨其新，朱合华等. 易燃易爆物品车辆通过长大隧道的防火对策[J]. 地下空间与工程学报，2005(2)：287～291.

[4]李桂萍，朱春，张旭. 火灾场景下公路隧道人员疏散安全评估[J]. 地下空间与工程学报，2007(7)：1485～1489.

[5]P.G. Holborna，P.F. Nolana，J. Golt. An analysis of fire sizes，fire growth rates and times between events using data from fire investigations [J]. Fire Safety Journal 39 (2004) 481～524.

[6]张玉春，何川. 基于人员疏散随机性的公路隧道火灾风险分析[J]. 土木工程学报，2010(7)：113～118.

[7]闫治国，朱合华，何利英. 欧洲隧道防火计划(UPTUN)介绍及启示[J]. 地下空间，2004(2)：212～218.

[8]Ian Bennetts and Khalid Moinuddin. Evaluation of the Impact of Potential Fire Scenarios on Structural Elements of a Cable-Stayed Bridge[J]. Journal of Fire Protection Engineering，2009，19： 85.

Risk Prevention Measures for Long-Span Cable-stayed Bridge Under Fire

Liu Peng

(Citic ZhengYe (Wuhan)Investment Co.，Ltd，Wuhan 430040，China)

Key words：cable-stayed bridge；fire；operating period；prevention measures

Abstract：To formulate risk prevention measures of cable-stayed bridge under fire，taking a cable-stayed bridge as the engineering objects，combining with the characteristics of bridge car burning fire accidents and cable-stayed bridge of fire protection system，all kinds of flag measures in bridge key parts to realize traffic evacuation under fire. The establishment of a cable-stayed bridge resistance to fire rescue security system，arrangement of monitoring alarm system and bridge emergency display system，key parts to set up the fire extinguishing measures，ensuring the safety of the cable-stayed bridge under fire.

文章编号：1672-8262(2016)03-173-04

中图分类号：TU714

文献标识码：B

*收稿日期：2016—02—09

作者简介：刘鹏(1981—)，男，工程师，主要从事土木建筑的设计与施工研究工作。