中国交通报报道我校通风和防火救灾研究成果

工作人员在进行运营环境测试

公路隧道修的越长，面临的隧道安全问题就越严峻。

到2006年年底，我国已经建成的公路隧道有4100多座，单洞累计长度约达160公里，3公里以上的中长隧道有8座，5公里以上的长大隧道有两座，10公里以上的特长隧道一座，在建和拟建的长大、特长公路隧道有十多座，研究表明火灾、交通事故和危险品运输是影响隧道安全的主要因素。

4月14日，山西省交通科技项目“长大公路隧道运营管理及防灾救灾研究”通过专家鉴定。专家组认为，该项目成果对我国长大公路隧道的建设与管理具有重要的指导意义和参考价值。整体上达到国际领先水平。这个项目由山西省立项，山西省新原高速公路建设有限责任公司主持。

该项目负责人是长安大学教授夏永旭。夏永旭教授从事长大隧道安全问题研究10余年。本文通过介绍其参与的几个科研项目，从一个侧面向读者描述了我国长大公路隧道安全问题研究的科研历程。

——编者

通风：设计是关键

通风是长大公路隧道首先要解决的问题。据了解，公路隧道通风设施的费用一般为工程造价的20％到30％，长大隧道甚至可达50％，在长大和特长公路隧道的建设中，通风方案的优劣不仅直接关系到隧道前期建设的工程费用和规模，而且也直接影响后期的运营安全服务水平和经济效益。为此，在长大和特长公路隧道的设计中，通风方案研究成为隧道建设成败的关键。

早在1997年，长安大学公路学院就与陕西省公路勘察设计院、陕西省公路局合作，开展了秦岭终南山公路隧道的通风方案研究，研究小组历时5年，进行了大量的科学研究工作，提出了5个通风方案，现在终南山公路隧道所实施的三井四段通风方案就是其中之一。

针对长大公路隧道的纵向通风，研究小组先后研制了公路隧道通风设计程序LVSRT和VDSHT。这两个程序可实现一元流通风设计计算，同时，还可以进行隧道内多达7段的纵向通风、半横向通风、全横向通风、纵向加半横向通风、纵向加全横向通风设计计算，而且可以进行多种通风方案的经济和技术比选，这在国内外还是首创。

2000年，在参考国外相关技术标准的基础上，我国出版了第一部《公路隧道通风照明设计规范》，这是一个具有开创性的成果，但是该规范还存在一些问题。例如，基础参数较为陈旧，风道细部参数缺项较多，送排风短道长度不合理，交通阻塞规定不明确，风机房结构细部参数没有等。

于是在2001年，交通部启动了行业联合科技攻关计划项目“雁门关长大公路隧道建设与运营管理成套技术研究”，该课题由山西省交通厅、山西省新原高速公路建设有限公司主持，长安大学与中交一院承担了其中的建设管理与通风两个子题。课题组通过理论分析、数值模拟、现场实测等方法，取得了一系列的研究成果。课题组提出了公路隧道通风设计必须遵循的四条原则：先期建设投资与后期运营费用并重的原则；近期与远期工程分期实施的原则；正常运营与防灾救灾兼顾的原则；通风方案研究与技术设计相结合的原则。首次在国内外提出了公路隧道火灾排烟双洞互补方案。即下坡隧道发生火灾时，上坡隧道的排风井可以为下坡隧道提供快速排烟通道，这一技术在国内后来的许多长大公路隧道的通风设计中被普遍借用。课题组还完善了现有公路隧道设计规范中的一些缺陷。通过对隧道通风结构中的弯曲、扩径、缩径、三通、短道及连接风道等细部结构的三维数值模拟系统分析，得到了大量的对公路隧道通风设计非常有用的细部参数和重要结论，补充了现行规范中的缺项，填补了国内空白。课题组采用数值模拟方法，详细地研究了送风井与排风井、两个隧道洞口的交叉污染问题，得出了防止送排风井和两个隧道洞口污染的最小几何距离。

防火：一条救生

科研人员正在做测试(夏永旭供图)

隧道里的火灾是最可怕的。而长大公路隧道的火灾只能是减少，而不可能完全避免。1999年3月，意大利与法国间的勃朗峰隧道（11.6公里）发生火灾，39人死亡。1999年5月，奥地利的陶恩隧道（6.4公里）发生火灾,12人死亡。2001年10月，瑞士的圣格达隧道（16.82公里）发生火灾，13人死亡。就在前不久的5月6日，渝遂高速往西永方向大学城隧道内一大客车失火，大火烧断隧道顶部照明排风电线。有毒浓烟快速弥漫，上百辆车困在3.8公里长的漆黑隧道内，双向交通完全中断，消防部门出动近百人才将火扑灭。据统计，公路隧道发生火灾的机率是铁路隧道的20至25倍，隧道内汽车每行驶5000万辆公里就有一次火警发生，长大隧道或交通量高的隧道火灾发生频率为每月一次到每年一次，而且公路隧道的火灾几率与隧道的长度、交通量成正比。

我国的公路隧道建设起步较晚，对隧道火灾的研究也相对滞后。以前国内没有公路隧道的安全等级，没有公路隧道的防火救灾设计标准，也没有一套完整的公路隧道防火救灾预案。2001年，交通部科教司启动了“长大公路隧道防火救灾对策研究”项目。经过4年多的研究，在防火救灾方面，课题组提出了公路隧道防火安全等级的概念，首次对我国公路隧道防火安全等级进行划分。根据隧道的规模和交通量大小，将我国公路隧道的防火安全从高到低划分为五个等级。课题组针对公路隧道火灾的发生和发展规律，将公路隧道的防火救灾对策系统划分为火灾安全等级、宣传教育、交通管理制度、通风设计、监控与消防系统、建筑材料和附属设施以及救灾体系七个子系统，对应于每一个子系统，提出了详细的防火对策，并详细地给出了不同安全等级公路隧道对应的防火设施配置表以及配置的位置和间距，填补了规范的空白；课题组还首次在火灾通风计算中考虑了烟流阻力和火风压，给出了纵向式火灾通风下考虑烟流阻力的计算方程式。这是一个具有创新性的重要成果。国内某一3公里隧道原来设计要用44台射流风机，通过使用修正过的公式进行计算，只需要21台。这项成果可节约50%的设备费用和运营成本。

依托雁门关隧道工程，“长大公路隧道运营管理及防灾救灾研究”将“长大公路隧道防火救灾对策研究”中取得的成果具体化、实际化。

在计算人在高温下的忍耐时间时，有一个克拉尼公式，但这个公式计算的温度是恒定的。当隧道发生火灾时，人在隧道里逃生时，是远离火源逃跑，隧道内的温度是变化的。与以往不同，课题组在把克拉尼公式应用于隧道火灾逃生研究时，对公式作了修正。

通过大量的数值模拟研究，课题组明确给出了为了控制隧道内火灾时高温回流（不是烟雾）的最小控制风速；首次给出了不同火灾规模时，隧道内人员的逃生方向、安全区域和消防救援的具体安全位置；详细给出了隧道内横通道开启，对不同火灾规模时人员逃生区域和救援位置的影响，明确给出了横通道开启时间和人员逃生位置的关系；详细给出了雁门关公路隧道射流风机和轴流风机对于隧道人员逃生区域和消防救援位置的影响。

通过研究和计算的数据，课题组制定了交通事故救灾流程、火灾事故救灾流程和相关预案。并根据流程和预案于2005年10月19日在雁门关公路隧道组织了一次全国最大规模的长大公路隧道灭火救灾演习，整个演习历时90分钟，演习时隧道内各种车辆50多辆，司乘人员300多人，演习涵盖了报警、监控、灭火、救援、逃生、宣传等方面。

课题组还根据研究和演习的成果，制定了我国第一部《长大公路隧道运营管理手册》，填补了国内一项空白。针对我国长大公路隧道建设与管理的现状，课题组提出了“设施是基础，管理是关键，监控是核心，手册是指南，预案是保障”的长大公路隧道安全运营管理的体系。