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12.1 一般规定

国内外发生的隧道火灾均表明,隧道特殊的火灾环境对人员逃生和灭火救援是一个严重的挑战,而且火灾在短时间内就能对隧道设施造成很大的破坏。由于隧道设置逃生出口困难,救援条件恶劣,要求对隧道采取与地面建筑不同的防火措施。

由于国家对地下铁道的防火设计要求已有标准,而管线隧道、电缆隧道的情况与城市交通隧道有一定差异,本章主要根据国内外隧道情况和相关标准,确定了城市交通隧道的通用防火技术要求。

12.1 一般规定

12.1.1 城市交通隧道(以下简称隧道)的防火设计应综合考虑隧道内的交通组成、隧道的用途、自然条件、长度等因素。

12.1.2 单孔和双孔隧道应按其封闭段长度和交通情况分为一、二、三、四类,并应符合表12.1.2的规定。

表12.1.2 单孔和双孔隧道分类

单孔和双孔隧道分类

12.1.3 隧道承重结构体的耐火极限应符合下列规定:

1 一、二类隧道和通行机动车的三类隧道,其承重结构体耐火极限的测定应符合本规范附录C的规定;对于一、二类隧道,火灾升温曲线应采用本规范附录C第C.0.1条规定的RABT标准升温曲线,耐火极限分别不应低于2.00h和1.50h;对于通行机动车的三类隧道,火灾升温曲线应采用本规范附录C第C.0.1条规定的HC标准升温曲线,耐火极限不应低于2.00h;

2 其他类别隧道承重结构体耐火极限的测定应符合现行国家标准《建筑构件耐火试验方法第1部分:通用要求》GB/T9978.1的规定;对于三类隧道,耐火极限不应低于2.00h;对于四类隧道,耐火极限不限。

12.1.4 隧道内的地下设备用房、风井和消防救援出入口的耐火等级应为一级,地面的重要设备用房、运营管理中心及其他地面附属用房的耐火等级不应低于二级。

12.1.5 除嵌缝材料外,隧道的内部装修应采用不燃材料。

12.1.6 通行机动车的双孔隧道,其车行横通道或车行疏散通道的设置应符合下列规定:

1 水底隧道宜设置车行横通道或车行疏散通道。车行横通道的间隔和隧道通向车行疏散通道入口的间隔宜为1000m~1500m;

2 非水底隧道应设置车行横通道或车行疏散通道。车行横通道的间隔和隧道通向车行疏散通道入口的间隔不宜大于1000m;

3 车行横通道应沿垂直隧道长度方向布置,并应通向相邻隧道;车行疏散通道应沿隧道长度方向布置在双孔中间,并应直通隧道外;

4 车行横通道和车行疏散通道的净宽度不应小于4.0m,净高度不应小于4.5m;

5 隧道与车行横通道或车行疏散通道的连通处,应采取防火分隔措施。

12.1.7 双孔隧道应设置人行横通道或人行疏散通道,并应符合下列规定:

1 人行横通道的间隔和隧道通向人行疏散通道入口的间隔,宜为250m~300m;

2 人行疏散横通道应沿垂直双孔隧道长度方向布置,并应通向相邻隧道。人行疏散通道应沿隧道长度方向布置在双孔中间,并应直通隧道外;

3 人行横通道可利用车行横通道;

4 人行横通道或人行疏散通道的净宽度不应小于1.2m,净高度不应小于2.1m;

5 隧道与人行横通道或人行疏散通道的连通处,应采取防火分隔措施,门应采用乙级防火门

12.1.8 单孔隧道宜设置直通室外的人员疏散出口或独立避难所等避难设施。

12.1.9 隧道内的变电站、管廊、专用疏散通道、通风机房及其他辅助用房等,应采取耐火极限不低于2.00h的防火隔墙和乙级防火门等分隔措施与车行隧道分隔。

12.1.10 隧道内地下设备用房的每个防火分区的最大允许建筑面积不应大于1500㎡,每个防火分区的安全出口数量不应少于2个,与车道或其他防火分区相通的出口可作为第二安全出口,但必须至少设置1个直通室外的安全出口;建筑面积不大于500㎡且无人值守的设备用房可设置1个直通室外的安全出口。

条文说明

12.1 一般规定

12.1.1 隧道的用途及交通组成、通风情况决定了隧道可燃物数量与种类、火灾的可能规模及其增长过程和火灾延续时间,影响隧道发生火灾时可能逃生的人员数量及其疏散设施的布置;隧道的环境条件和隧道长度等决定了消防救援和人员的逃生难易程度及隧道的防烟、排烟和通风方案;隧道的通风与排烟等因素又对隧道中的人员逃生和灭火救援影响很大。因此,隧道设计应综合考虑各种因素和条件后,合理确定防火要求。

12.1.2 交通隧道的火灾危险性主要在于:1)现代隧道的长度日益增加,导致排烟和逃生、救援困难;2)不仅车载量更大,而且需通行运输危险材料的车辆,有时受条件限制还需采用单孔双向行车道,导致火灾规模增大,对隧道结构的破坏作用大;3)车流量日益增长,导致发生火灾的可能性增加。本规范在进行隧道分类时,参考了日本《道路隧道紧急情况用设施设置基准及说明》和我国行业标准《公路隧道交通工程设计规范》JTG/T D71等标准,并适当做了简化,考虑的主要因素为隧道长度和通行车辆类型。

12.1.3 本条为强制性条文。隧道结构一旦受到破坏,特别是发生坍塌时,其修复难度非常大,花费也大。同时,火灾条件下的隧道结构安全,是保证火灾时灭火救援和火灾后隧道尽快修复使用的重要条件。不同隧道可能的火灾规模与持续时间有所差异。目前,各国以建筑构件为对象的标准耐火试验,均以《建筑构件耐火试验》ISO 834的标准升温曲线(纤维质类)为基础,如《建筑材料及构件耐火试验第20部分 建筑构件耐火性能试验方法一般规定》BS 476:Part20、《建筑材料及构件耐火性能》DIN 4102、《建筑材料及构件耐火试验方法》AS 1530和《建筑构件耐火试验方法》GB 9978等。该标准升温曲线以常规工业与民用建筑物内可燃物的燃烧特性为基础,模拟了地面开放空间火灾的发展状况,但这一模型不适用于石油化工工程中的有些火灾,也不适用于常见的隧道火灾。

隧道火灾是以碳氢火灾为主的混合火灾。碳氢(HC)标准升温曲线的特点是所模拟的火灾在发展初期带有爆燃-热冲击现象,温度在最初5min之内可达到930℃左右,20min后稳定在1080℃左右。这种升温曲线模拟了火灾在特定环境或高潜热值燃料燃烧的发展过程,在国际石化工业领域和隧道工程防火中得到了普遍应用。过去,国内外开展了大量研究来确定可能发生在隧道以及其他地下建筑中的火灾类型,特别是1990年前后欧洲开展的Eureka研究计划。根据这些研究的成果,发展了一系列不同火灾类型的升温曲线。其中,法国提出了改进的碳氢标准升温曲线、德国提出了RABT曲线、荷兰交通部与TNO实验室提出了RWS标准升温曲线,我国则以碳氢升温曲线为主。在RABT曲线中,温度在5min之内就能快速升高到1200℃,在1200℃处持续90min,随后的30min内温度快速下降。这种升温曲线能比较真实地模拟隧道内大型车辆火灾的发展过程:在相对封闭的隧道空间内因热量难以扩散而导致火灾初期升温快、有较强的热冲击,随后由于缺氧状态和灭火作用而快速降温。

此外,试验研究表明,混凝土结构受热后会由于内部产生高压水蒸气而导致表层受压,使混凝土发生爆裂。结构荷载压力和混凝土含水率越高,发生爆裂的可能性也越大。当混凝土的质量含水率大于3%时,受高温作用后肯定会发生爆裂现象。当充分干燥的混凝土长时间暴露在高温下时,混凝土内各种材料的结合水将会蒸发,从而使混凝土失去结合力而发生爆裂,最终会一层一层地穿透整个隧道的混凝土拱顶结构。这种爆裂破坏会影响人员逃生,使增强钢筋因暴露于高温中失去强度而致结构破坏,甚至导致结构垮塌。

为满足隧道防火设计需要,在本规范附录C中增加了有关隧道结构耐火试验方法的有关要求。

12.1.4 本条为强制性条文。服务于隧道的重要设备用房,主要包括隧道的通风与排烟机房、变电站、消防设备房。其他地面附属用房,主要包括收费站、道口检查亭、管理用房等。隧道内及地面保障隧道日常运行的各类设备用房、管理用房等基础设施以及消防救援专用口、临时避难间,在火灾情况下担负着灭火救援的重要作用,需确保这些用房的防火安全。

12.1.5 隧道内发生火灾时的烟气控制和减小火灾烟气对人的毒性作用是隧道防火面临的主要问题,要严格控制装修材料的燃烧性能及其发烟量,特别是可能产生大量毒性气体的材料。

12.1.6 本条主要规定了不同隧道车行横通道或车行疏散通道的设置要求。

1 当隧道发生火灾时,下风向的车辆可继续向前方出口行驶,上风向的车辆则需要利用隧道辅助设施进行疏散。隧道内的车辆疏散一般可采用两种方式,一是在双孔隧道之间设置车行横通道,另一种是在双孔中间设置专用车行疏散通道。前者工程量小、造价较低,在工程中得到普遍应用;后者可靠性更好、安全性高,但因造价高,在工程中应用不多。双孔隧道之间的车行横通道、专用车行疏散通道不仅可用于隧道内车辆疏散,还可用于巡查、维修、救援及车辆转换行驶方向。

车行横通道间隔及隧道通向车行疏散通道的入口间隔,在本次修订时进行了适当调整,水底隧道由原规定的500m~1500m调整为1000m~1500m,非水底隧道由原规定的200m~500m调整为不宜大于1000m。主要考虑到两方面因素:一方面,受地质条件多样性的影响,城市隧道的施工方法较多,而穿越江、河、湖泊等水底隧道常采用盾构法、沉管法施工,在隧道两管间设置车行横通道的工程风险非常大,可实施性不强;另一方面,城市隧道灭火救援响应快、隧道内消防设施齐全,而且越来越多的城市隧道设计有多处进、出口匝道,事故时,车辆可利用匝道进行疏散。

此外,本条规定还参考了国内、外相关规范,如国家行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004和《欧洲道路隧道安全》(European Commission Directorate General for Energy and Transport)等标准或技术文件。《公路隧道设计规范》JTG D70-2004规定,山岭公路隧道的车行横通道间隔:车行横通道的设置间距可取750m,并不得大于1000m;长1000m~1500m的隧道宜设置1处,中、短隧道可不设;《欧洲道路隧道安全》规定,双管隧道之间车行横通道的间距为1500m;奥地利RVS 9.281/9.282规定,车行横向连接通道的间距为1000m。综上所述,本次修订适当加大了车行横通道的间隔。

2 《公路隧道设计规范》JTG D70-2004对山岭公路隧道车行横通道的断面建筑限界规定,如图13所示。城市交通隧道对通行车辆种类有严格的规定,如有些隧道只允许通行小型机动车、有些隧道禁止通行大、中型货车、有些是客货混用隧道。横通道的断面建筑限界应与隧道通行车辆种类相适应,仅通行小型机动车或禁止通行大型货车的隧道横通道的断面建筑限界可适当降低。

图13 车行横通道的断面建筑限界(单位:cm)

车行横通道的断面建筑限界

3 隧道与车行横通道或车行疏散通道的连通处采取防火分隔措施,是为防止火灾向相邻隧道或车行疏散通道蔓延。防火分隔措施可采用耐火极限与相应结构耐火极限一致的防火门,防火门还要具有良好的密闭防烟性能。

12.1.7 本条规定了双孔隧道设置人行横通道或人行疏散通道的要求。

在隧道设计中,可以采用多种逃生避难形式,如横通道、地下管廊、疏散专用道等。采用人行横通道和人行疏散通道进行疏散与逃生,是目前隧道中应用较为普遍的形式。人行横通道是垂直于两孔隧道长度方向设置、连接相邻两孔隧道的通道,当两孔隧道中某一条隧道发生火灾时,该隧道内的人员可以通过人行横通道疏散至相邻隧道。人行疏散通道是设在两孔隧道中间或隧道路面下方、直通隧道外的通道,当隧道发生火灾时,隧道内的人员进入该通道进行逃生。人行横通道与人行疏散通道相比,造价相对较低,且可以利用隧道内车行横通道。设置人行横通道和人行疏散通道时,需符合以下原则:

1人行横通道的间隔和隧道通向人行疏散通道的入口间隔,要能有效保证隧道内的人员在较短时间内进入人行横通道或人行疏散通道。

根据荷兰及欧洲的一系列模拟实验,250m为隧道内的人员在初期火灾烟雾浓度未造成更大影响情况下的最大逃生距离。行业标准《公路隧道设计规范》JTGD70-2004规定了山岭公路隧道的人行横通道间隔:人行横通道的设置间距可取250m,并不大于500m。美国消防协会《公路隧道、桥梁及其他限行公路标准》NFPA502(2011年版)规定:隧道应有应急出口,且间距不应大于300m;当隧道采用耐火极限为2.00h以上的结构分隔,或隧道为双孔时,两孔间的横通道可以替代应急出口,且间距不应大于200m。其他一些国家对人行横通道的规定如表22。

表22 国外有关设计准则中道路隧道横向人行通道间距推荐值

国外有关设计准则中道路隧道横向人行通道间距推荐值

2 人行横通道或人行疏散通道的尺寸要能保证人员的应急通行。

本次修订对人行横通道的净尺寸进行了适当调整,由原来的净宽度不应小于2.0m、净高度不应小于2.2m分别调整为净宽度不应小于1.2m、净高度不应小于2.1m。原规定主要参照行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004对山岭公路人行隧道横通道的断面建筑限界规定。城市隧道由于地质条件的复杂性和施工方法的多样性,相当多的城市隧道采用盾构法施工,设置宽度不小于2.0m的人行横通道难度很大、工程风险高。本次修订的人行横通道宽度,参考了美国消防协会《公路隧道、桥梁及其他限行公路标准》NFPA 502(2011年版)的相关规定(人行横通道的净宽不小于1.12m),同时,结合我国人体特征,考虑了满足2股人流通行及消防员带装备通行的需求。

另外,人行横通道的宽度加大后也不利于对疏散通道实施正压送风。

综合以上因素,本次修订时适当调整了人行横通道的尺寸,使之既满足人员疏散和消防员通行的要求,又能降低施工风险。

3 隧道与人行横通道或人行疏散通道的连通处所进行的防火分隔,应能防止火灾和烟气影响人员安全疏散。

目前较为普遍的做法是,在隧道与人行横通道或人行疏散通道的连通处设置防火门。美国消防协会《公路隧道、桥梁及其他限行公路标准》NFPA502(2011年版)规定,人行横通道与隧道连通处门的耐火极限应达到1.5h。

12.1.8 避难设施不仅可为逃生人员提供保护,还可用作消防员暂时躲避烟雾和热气的场所。在中、长隧道设计中,设置人员的安全避难场所是一项重要内容。避难场所的设置要充分考虑通道的设置、隔间及空间的分配以及相应的辅助设施的要求。对于较长的单孔隧道和水底隧道,采用人行疏散通道或人行横通道存在一定难度时,可以考虑其它形式的人员疏散或避难,如设置直通室外的疏散出口、独立的避难场所、路面下的专用疏散通道等。

12.1.9 隧道内的变电站、管廊、专用疏散通道、通风机房等是保障隧道日常运行和应急救援的重要设施,有的本身还具有一定的火灾危险性。因此,在设计中要采取一定的防火分隔措施与车行隧道分隔。其分隔要求可参照本规范第6章有关建筑物内重要房间的分隔要求确定。

12.1.10 本条规定了地下设备用房的防火分区划分和安全出口设置要求。考虑到隧道的一些专用设备,如风机房、风道等占地面积较大、安全出口难以开设,且机房无人值守,只有少数人员巡检的实际情况,规定了单个防火分区的最大允许建筑面积不大于1500㎡,以及无人值守的设备用房可设1个安全出口的条件。

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