如果隧道发生火灾,用于隧道的结构和设备的材料应该既不燃烧也不产生大量有毒烟雾。此外,在火灾情况下,洞内人员和紧急服务人员仍在隧道里面时隧道结构不能崩塌,关键安全设备必须保持工作状态直到疏散和灭火操作完成。
达到这些目标一般要依赖于材料对火的反应程度和结构的和设备抗火能力:
这一章是由C4(2008 - 2011)委员会第4工作小组和罗宾·霍尔完成:
隧道建设材料在火灾时必须具备足够的抗火性能确保火灾后撤离以及救火过程中隧道自身的完整性。
第7.3节"材料的抗火能力"技术报告05.05.B 中“隧道的火灾与烟雾控制”章中讨论隧道材料的火灾性能,且表明材料性能参数应该包括火灾性能特征参数,且应该包括参数:
火灾中产生烟雾不可避免,但是风险可以通过材料选择和安全特征设计降低,例如逃跑路线,降低在火灾中的暴露。同时应该注意隧道衬砌表面材料的性能,包括瓷砖、油漆、防水或照明设备.这种材料的规格设置还应该包括它们的火灾属性需求。
材料可能在燃烧时产生的化学腐蚀性气体或有毒气体并且可能穿透混凝土表面并导致后续腐蚀的现象必须予以考虑。 这也适用于任何其他涂料。当采用聚丙烯纤维减少剥落的风险时,由于纤维融化后融入混凝土内内容密度增加导致混凝土更易碳化或氯盐腐蚀,故混凝土火灾后的耐久性问题应予以考虑。
路面修建时采用水泥混凝土或沥青材料,《路线与道路》中文章“隧道火灾中路面效应”一文中从安全的角度讨论了相关材料。其中 水泥混凝土是唯一不能燃烧且在隧道中使用不会产生任何疑问的材料,可是研究和实验表明实际火灾中,从人员安全的角度来看,隧道火灾过程中沥青材料不会显著增加火灾规模(即包括热量释放率和总体火势)。隧道中直接暴露沥青也是不可取的,因为燃料泄漏会在路面下堆积。
结构抵抗火灾的性能通过火灾开始到结构由于不可接受的大变形或坍塌发生之间的时间来进行描述。
第7章“结构火灾抵抗性能设计标准”在技术报告2007 05.16.B 公路隧道火灾与烟雾控制系统与设备"总结了这个目标。
另外一个目的就是限制火灾后修复时交通中断的时间。
该目标发表在第7章中“结构防火性能”的技术报告1999 05.05.B技术报告中。
结构的防火能力用不同的火灾时间曲线来表示,表9.2-1中ISO834曲线、荷兰的RSW曲线、德国的ZTV曲线以及法国碳氢化合物增长曲线(HCinc),该曲线是在欧洲规范(第2-2部分)的基础上温度乘以1300/1100的系数。
Figure 9.2-1: ISO, HCinc, ZTV and RWS等四个标准下的温度与时间曲线(Routes/Roads No. 324)(路线与道路,第324期)
世界道路协会和世界隧道协会都就隧道火灾设计标准达成了一致,并在 《路线/道路》2004年的论文“世界道路协会公路隧道结构防火标准”一文中发表,并且成为世界道路协会的推荐标准,并在第7章"隧道结构火灾设计标准"技术报告(2007 05.16.B).有说明,防火标准及要求汇总见下表:
Traffic Type | Main Structure | Secondary Structures (4) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Immersed or Under/Inside Superstructure |
Tunnel in Unstable Ground | Tunnel in Stable Ground | Cut & Cover | Air Ducts (5) | Emergency Exits to Open Air |
Emergency Exits to Other Tube |
Shelters (6) | |
Cars Vans |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
See note (2) | See note (2) | ISO 60 min |
ISO 30 min |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
Lorries Tankers |
RWS/HCinc 120 min (1) |
RWS/HCinc 120 min (1) |
See note (3) | See note (3) | ISO 120 min |
ISO 30 min |
RWS/HCinc 120 min |
RWS/HCinc 120 min (7) |
注释:
(1)对于重载运输可燃物货运卡车流量非常大时需要180分钟;
(2)安全并不是一个标准,不需要任何防火(除了避免进一步崩溃)。如果考虑到目标不同,可能需要满足以下的要求:
(3)安全本身并不是标准也不需要任何抗火防火要求(除非发生大规模的快速坍塌)。考虑到其他的目标,可能需要满足以下要求:
(4)其他附属结构:应该针对具体工程制订保护细则;
(5)存在横向通风的情况;
(6)救生所应该连接到外界开阔地;
(7)如果有大量装载可燃货物的重型卡车流且120分钟内无法到达救生场所时,应适当加长该时间。
隧道结构失效引起的后果对不同类型隧道而言是不同的,也将影响隧道的防火要求。比如深埋隧道的局部坍塌可能导致隧道内产生严重的涌水,而盖挖法修建的隧道的局部垮塌则影响有限。一个基本的要求就是必须防止隧道结构连续垮塌的发生,同时防止重要的纵向系统被割断,比如电力支架和通信线缆。
隧道结构材料防火涉及到不同的预防要求,第8.3节“材料的火灾响应”中报告中1999 05-05-B 中“隧道火灾及烟雾控制”中讨论了钢筋混凝土防火特点,大型火灾中产生的大量热量会导致钢筋混凝土失效,这时防火隔热层的防火作用主要起到防止钢筋混凝土结构早期破坏的作用。整体结构(钢筋混凝土类型和程度/预应力、其他措施等)的防火是需要考虑的。
火灾中由于温度和伸缩分布不同会发生混凝土剥落,并对容易暴露在高温中的加固结构造成危险。总体来说混凝土脱落不会对撤离人员造成危险,但是对于消防员可能构成危险。尽管不同类型的防火措施可以降低火灾脱落危险,但是由于火灾过程中的高温引起的脱落围岩仍然不可能完全避免。
必须注意通风系统,确保不会因为火灾失效而导致功能下降,所以很有必要检查活在中通道局部范围发生坍塌造成的后果。
逃生通道仅在火灾的最初阶段会被逃生人员所利用,通道必须能够确保30分钟内能够被使用。如果该通道可能会被后继的救援人员所使用,该时间段应该更长。
为了避免火灾传播到临近的隧道或逃生通道,紧急防护门、紧急通道及两条隧道处的其他设备应该在指定的时间段内可以保持完好。整座紧急门包括周围构筑物,包括门框,在火灾中抗火时间应该大于30分钟。对于两条交通隧道之间的门,需要防火时间更长,需要1-2小时。
就抗灾火能力而言,隧道设备和线缆可以分为不同可抗火等级和不抗火两类。
被保护的设备与线缆具有不同程度可以抵抗火灾的能力,例如:
无保护的设备譬如交通指示灯、摄像头、播音喇叭的工作最高温度大约50°C,很低的温度下就无法继续工作。材料包括:
无保护构建常用材料的临界温度指标汇总如下:
固定设备的所有配件应该考虑到其火灾中的行为。