公轨双层共管合建隧道火灾疏散措施研究*

赵世超 姜学鹏 蒲婷

(1.济南城市建设集团有限公司 济南 250131； 2.武汉科技大学资源与环境工程学院 武汉 430081)

0 引言

公轨双层共管合建隧道上层为公共道路、下层为轨道交通空间，比传统单层隧道更节省地下空间，但其空间较为密闭，排烟较为困难，一旦发生火灾，极易造成十分严重的财产损失和人员伤亡事故，且同时满足两种交通方式，对疏散救援要求更高。

火灾时，隧道内人员及车辆的具体疏散方式及方向、火源的位置，影响着火势的发展、火灾的扑救和人员疏散的困难程度；疏散口的间距的合理设置也是人员安全疏散的重要保障。部分学者针对隧道内人员疏散及救援开展了相关研究，马伟斌等[1]从施工和运营方面阐述了铁路长大隧道防灾疏散救援技术体系，提出了救援总体原则和疏散救援预案；邓敏等[2]对单洞双层盾构隧道疏散路径及疏散口尺寸进行了研究；方银钢等[3]分析了上海长江隧道公路层火灾正常运营工况和堵塞工况下疏散救援措施。以上研究仅包含公路层或轨道层火灾，本文将对公轨双层共管合建隧道公路层和轨道层地铁分别发生火灾进行疏散救援措施研究，以期为该类隧道火灾疏散救援提供参考依据。

首先对公轨双层共管合建隧道火灾时，公路隧道层人员及机动车辆和轨道层列车乘客的疏散方式及应急处置方式进行分析，然后以济南黄河公轨双层共管合建隧道为例，上层公路隧道和下层轨道交通隧道分别发生火灾时，对隧道疏散救援系统参数设置的合理性进行评估。

1 公轨双层共管合建隧道火灾疏散方式研究

公轨双层共管合建隧道上下层共用疏散通道，设置在轨道交通层。通常，交通流被划分成畅通和阻塞2种状态[4]。公路隧道火灾时，考虑最不利于人员疏散情况，机动车辆处于阻塞状态，火源正对一疏散楼梯口，人员利用就近楼梯疏散至疏散通道；轨道层发生火灾时，考虑列车失去动力迫停于隧道内，利用疏散口进入疏散通道疏散。必需疏散时间由报警时间、响应时间和疏散行走时间组成，其中报警及响应时间为120 s[2]。

1.1 公路层隧道火灾疏散方式

当公路层发生交通事故时，人员在阻塞工况下进行疏散，其疏散方向如图1所示[3]。火源之后的车辆因无法绕过火源而停车疏散，火源和交通事故车辆之间的车辆因阻塞而停车疏散，人员疏散路径采用就近原则，事故车辆之前无烟区的车辆可继续前行。向火源下游通风，烟气在下游聚集会危害事故车辆与火源点之间的人员安全，因此应在事故车辆与火源点之间的人员全部进入疏散通道后再进行通风排烟，使得该段道路处于烟气自由蔓延状态，其可用安全疏散时间小于火源上游的可用安全疏散时间。

图1 公路层火灾人员疏散路径

1.2 轨道层隧道火灾疏散方式

轨道层列车人员乘车均经过安全检查，不会携带易燃易爆物品，另根据美国运输安全局(National Transportation Safety Board)的调查结果，约有90%的列车火灾为电气火灾，且由于列车使用的高负荷电气设备大多位于列车下方，约有65%列车火灾发生于车底。列车发生火灾时，在动力允许的情况下应尽量驶向相邻车站疏散，当被迫停在隧道内时考虑火源位置分为列车头部、中部和尾部，若火灾发生在车头或车尾，需疏散的人员集中在火源一侧，可以临界风速通风将烟气控制在火源另一侧，人员疏散较安全，因此最危险火源位置为中间车厢。

火灾发生在列车中部时，此种情况下若不通风排烟，烟气自由蔓延沉降较为迅速，火源两侧人员均易受到烟气产生的高温、CO等伤害，无法保证人员安全疏散；可向火源下游通风，烟气在下游聚集，因列车密闭性较好，不会对下游车厢内的人员产生危害，火源下游的乘客通过列车内部通道向上游车厢疏散，经车厢侧门下至疏散平台或经车厢端门进入道床，通过疏散门进入疏散通道，见图2。

图2 轨道层火灾人员疏散路径

2 济南黄河隧道火灾疏散安全评估

本文以济南黄河公轨双层共管合建隧道为例进行分析，其分析过程也适用于其他公轨双层共管合建隧道工程。上层为公路层, 下层为轨道交通层、排烟道、疏散通道和共同管廊。共用疏散通道通过防火墙与轨道行车空间分隔，其宽度为1.7 m。上层公路隧道每隔一定间距设置疏散楼梯，其宽度为0.8 m；下层轨道交通隧道在防火墙内侧设置宽度为0.75 m的疏散平台，并在防火墙上每隔一定间距设置疏散门，其宽度为0.9 m。隧道内人员安全疏散的关键是必需安全疏散时间小于可用安全疏散时间[5]。

2.1 公路层隧道疏散安全评估

可用安全疏散时间按照《道路隧道设计标准》(DG/TJ08—2033—2017)[6]规定取值为900 s。上层公路隧道为城市快速路，通行小客车、大客车与小货车，其车型比例及尺寸如表1所示。公路层道路为单向3车道，共6车道。疏散口间距为75 m。人员比例及行走速度按照《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020—2017)[7]要求。《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018)[8]规定：长度大于1 000 m的隧道，阻滞段宜按每车道长度为1 000 m计算。取隧道长度1 km，车辆前后间距1 m，则车辆总数为517辆，火灾发生时隧道内滞留3 385人。

表1 隧道内车型比例及尺寸分类

(1)大客车乘客共45人乘车，人员最多，且内部通道狭窄仅0.35 m，易造成人员堵塞。模拟火灾发生120 s后人员开始疏散，122 s后第一人下车成功，最后一人在189.3 s后下车，模拟疏散图见图3。位于火源点与事故车辆之间的大客车可用安全疏散时间更少，对于疏散设施要求更高，若疏散过程中，大客车内部通道处发生人员摔倒事件导致堵塞发生，会极大的增加人员必需安全疏散时间，使乘客处于更加危险状况。

图3 大客车内部疏散图

(2)楼梯宽0.8 m，仅满足人员单列疏散，疏散口处拥堵严重；人员通过疏散楼梯进入疏散通道，疏散通道仅1.7 m，在疏散口处被楼梯占据部分宽度，导致疏散楼梯处的疏散通道出现堵塞情况，如图4所示。

图4 公路层隧道火灾人员疏散图

(3)公路层人员全部进入疏散通道内的时间为785.28 s，小于可用安全疏散时间900 s，满足人员安全疏散要求。

2.2 轨道层隧道疏散安全评估

人员可用安全疏散时间采用FDS模拟计算获得。轨道交通层采用4动2拖6辆编组A型车，编组型式为Tc-MP-M*M-MP-Tc。《地铁设计防火标准》(GB 51298—2018)[9]指出地铁列车的火灾规模通常取用7.5～10.5 MW，取其中的较大值10.5 MW为本项目的火灾热释放速率。火源位于区段3中间列车中间外部，火灾增长系数为α=0.046 89(kW/s2)，采用南岸排烟道风机排烟140 m3/s、北岸侧风井送风140 m3/s的通风排烟模式，见图5。

图5 轨道层隧道火灾人员疏散图

A型列车总体尺寸为长140 m×宽3 m×高3.8 m，每节车厢单侧车门数量为5个，宽1.4 m，车头/车尾车厢设有紧急逃生门，宽1 m；每节车厢的最大载客量为310人/节，故列车定员时最大载客量为1 860人。人员比例及行走速度按照《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020—2017)[7]要求。

(1)依据《NFPA130:2017美国轨道车辆材料防火测试标准》[10]中地面材料临界热辐射量测试标准，车厢底板隔离火焰至少需达到45 min(2 700 s)。因此人员需在列车保持完整性之前全部从列车内疏散完毕。1～3节车厢必需安全疏散时间分别为722 s、1 018 s、1 352 s，均小于列车防火隔板耐火时间(2 700 s)，1～3节车厢乘客可安全疏散至4～6节车厢。疏散平台仅0.75 m，供1股人流通行，导致列车侧门处出现严重拥堵情况。

(2)模拟火源位于最危险位置，正对疏散门，该疏散门不可用于人员疏散，极大的增加了人员疏散时间与拥堵情况，而且还会加剧人员的焦躁情绪, 容易造成次生事故的发生。

(3)隧道内人员全部进入疏散通道的时间为3 323.03 s，未超过可用安全疏散时间3 600 s，疏散设计满足人员安全疏散要求。虽然疏散时间较长，但是由于隧道内的通风排烟系统很好的抑制了烟气的回流，从而为火源上游人员的逃生提供了一个比较有利的环境。

3 疏散措施及建议

报警及人员响应时间在必需安全疏散时间中占有较大的比例，减少报警和人员响应时间对人员安全疏散十分重要。隧道内应采用消防报警系统、手动报警、电话报警等相结合的方式以减少报警时间，当明确报警信息时，及时通过广播、显示屏等方式告知隧道内工作人员及乘客，采取相应措施疏散。

火灾可划分为3个阶段：Ⅰ阶段，燃料着火→升温→冒烟及燃烧；Ⅱ阶段，燃烧扩散→燃烧高峰；Ⅲ阶段，持续燃烧→火势减弱→熄灭。疏散救援最有成效的是第Ⅰ、Ⅱ阶段，火灾发生后，隧道内工作人员在条件允许的情况下应尽快采用相关消防设施灭火，减缓火势发展，为人员疏散争取更多的可用安全疏散时间。

救援阶段也划分为3个阶段：Ⅰ阶段，火灾发生后，司乘人员自救；Ⅱ阶段，隧道工作人员接到报警信息后赶往现场救援；Ⅲ阶段，消防专业人员接收到火灾信息后到达火灾现场灭火。车辆内人员在发现火灾后应第一时间报警，若火源点较小可利用车辆配备的灭火器灭火；隧道工作人员在核实信息后应第一时间下达疏散指令。

3.1 公路层隧道疏散措施及建议

公路层隧道发生火灾最危险状态是道路处于阻塞状态，此时隧道内车辆最多，导致必需安全疏散时间最长，在日常预防火灾时应尽量避免隧道内车辆处于阻塞状态。采取有效措施减缓疏散口处人员拥堵情况有利于减少人员必需安全疏散时间。

(1)随意变道在饱和状态交通流下易导致刮碰，而事故的发生往往导致交通中断[11]。对隧道内及隧道出入口位置随意变更车道的车辆进行自动拍照取证，减少事故与火灾同时发生的可能性。

(2)隧道内车辆间距较小时，容易造成追尾事故，增加火灾人员疏散困难，可采用安全车距取证系统在车辆正常行驶的情况下，对未按规定保持安全车距的车辆抓拍取证。

(3)公路层隧道发生火灾时，出口处车辆驶离隧道，立即封闭入口，洞口情报板显示“隧道火灾封道”、“禁止车辆驶入”等强制信息，实现车辆自然消散。

(4)火灾发生后，隧道内工作人员做好疏散指挥工作，将堵塞较为严重的疏散口处人员引向次近疏散口疏散。

(5)火灾处置结束后，疏通隧道两端车辆，开启应急救援通道，保证消防救援车辆人员通行。

3.2 轨道层隧道疏散措施及建议

(1)列车发生火灾时，在列车停下来之前，乘客应向上游车厢疏散，待全部疏散至上游车厢后，关闭火源所在车厢的风挡门，防止火灾向相邻车厢蔓延。

(2)发生火灾时，控制中心调度人员在综合监控调度工作站上启动区间火灾模式，通过一键模式下发控制指令，同时联动区间疏散指示设备和隧道风机。根据《地铁设计规范》(GB 50157—2013)[12]，疏散方向应为迎风方向，区间疏散指示方向和隧道风机的风向相反。

(3)疏散平台宽度较小仅能单列行走，不利于人员快速疏散，乘客可利用道床行走至疏散门处再进入疏散平台。

4 结论

通过对公轨双层共管合建隧道火灾公路层车辆和轨道层列车及人员疏散路径分析，以济南黄河隧道为例，验证了其疏散口间距满足人员安全疏散要求，并提出了公路层通过采用监控系统减小车辆行车间距以减少事故概率的措施，同时工作人员引导人员往次近疏散口减缓疏散口拥堵状况；轨道层尽量驶向最近救援站疏散，若被迫就地停车可利用道床减少人员必需疏散时间。