公路隧道火灾预防安全分析

摘要：隧道火灾对隧道的破坏是巨大的，通过对隧道火灾事故原因的分析，本文提出的公路隧道火灾预防措施，对我国隧道火灾预防方法和防火设计有一定的积极意义。　　关键词：公路隧道；

火灾；

事故树分析法　　在隧道发生火灾时保证生命安全的有效安全体系取决于一些子系统的相互协调作用。它们包括火灾探测、报警、事故定位、通风控制、人员疏散、烟流的通风控制和灭火系统。给定的各种子系统是相互依赖的，因此，缺少任何一个子系统都会影响取得总系统的安全等级。目前，通过在隧道火灾方面取得的经验，以及来自于各种研究和开发，包括理论分析研究和通过现场测试对隧道防灾设计和应用提供了重要参数，并在火灾中发挥了各系统的作用，发展更完善的公路隧道火灾防灾救援安全体系结构已成为可能。而火灾预防安全体系又是最重要的，本文依托秦岭终南山特长公路隧道防灾救援技术课题的研究[1]，对火灾预防安全体系进行了论述，其它子系统安全性将在其它文章进行论述。　　1.公路隧道火灾事故成因　　1.1

公路隧道交通环境　　公路隧道交通环境是由“人—车—隧道”组成的系统。　　1.“隧道”的因素——隧道环境特征　　(1)

阻断特征。正在驾驶车辆高速行驶的驾驶员，远方1km甚至再远点的地方突然出现一座横在前方的大山，必然会影响驾驶员对路线走势的判断，产生一种“阻断感”。　　(2)

“瓶颈”感。隧道不可能象路段上那样将路基做得较宽，另外，由于隧道中视线受阻以及“墙效应”影响，都会使人感觉隧道有一种狭窄感，就像瓶颈一样。　　(3)

管道特征。隧道本身就像一条长长的管道，不管发生任何情况，前方出入口均只有一个，这样对驾驶员会产生慢进洞、快出洞的心理，车速不知不觉就会加速，隧道越长，这种情况越明显。　　(4)

车流特征。由于隧道内禁止超车，车流就如同不可压缩的流体一样，只能跟在别的车辆后面“随波逐流”，这种环境容易造成驾驶员的烦躁心理。　　2.“人”的因素——隧道中驾驶员的反应　　(1)

阻断感对于驾驶员来说心理上容易产生紧张、恐惧感。进入隧道洞口时会产生“黑洞效应”，正常人的眼睛适应需要l0~15s，这就有可能导致汽车车流中的车辆相撞。这是洞口是事故多发地段的主要原因。　　(2)

在隧道这个半封闭的管道中，仅靠灯光照明，远没有洞外日光明亮、舒适，而周围所看到的只是有限的空间和视线范围，环境状况远不如外面开阔、悦目，尤其车辆被夹在两边的边墙中，活动范围有限，难免产生一种压抑、不悦感。　　(3)

洞内车辆的发动机运转声，轮胎与路面的摩擦声，车辆与隧道中空气的摩擦声，洞内风声和各种噪声等相互交织在一起，并通过墙体的反射，形成一种混响噪声，再加上车辆在洞内的震动引起的共振，容易引起驾驶员的烦躁、不安。　　(4)

洞内车辆排放的有害气体，如CO在通风不良的情况下在某些地段的积蓄会使人感到不适，当超过一定浓度时会使人中毒窒息。而排放出的烟雾则造成隧道雾状环境，使透视率降低，使驾驶员的视线受阻，对行车安全亦不利。　　(5)

由于驾驶员可能对洞内有关信号、报警、消防等设施缺乏相应的认识，在发生紧急情况时对出现的某些灯光提示信号，报警声响缺乏理解，以致延误时间、失去救援良机。　　(6)

隧道环境中大量安装的监控设备，各种配电洞、消防、灭火器洞、风机等如果无规律排列，会在驾驶员的心目中造成杂乱无章的感觉。同样，照明器的排列不当亦会对驾驶员形成眩目感，这种对大脑皮质紊乱的刺激，不利于规则、连续、完整的思维过程的形成。　　(7)

由于惧怕一旦洞内发生非常情况时无法脱身，加上前述几点因素，驾驶员驾车进入洞内后想急于离开隧道环境，而导致违章超速，甚至超车进而诱发事故。　　3.“车”的因素——高速隧道内的车辆状况因素　　高速公路上车辆需要有较好的车况和技术性能。由于部分车辆设计标准低，技术性能差，各部件不适应高速度运行的需要，以至机械部件失灵，造成交通事故；另一种情况是爆胎。部分汽车轮胎不能适应长时间高速运行。在高速、长时间行驶后，轮胎内部产生热量积聚，引发高压爆胎。车辆的被动安全性能差，导致交通事故带来的损失更加严重。

2 隧道火灾事故树分析　　为清楚地分析隧道的火灾成因，本节将安全系统工程中的事故树分析法FTA（Fault Tree

Analysis）引入隧道火灾预防体系进行隧道火灾成因分析。FTA是以系统不希望发生的重大或较大事件（顶端事件）作为分析目标，通过层层分析其发生的各种可能的原因。一般是将特定的事故和各层原因（危险因素）之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁的表达其逻辑关系的逻辑图形，称其为事故树。　　与门(AND

gate)表示仅当所有输入事件发生时才发生。与门的符号见图1；或门(OR

gate)表示至少一个输入事件发生时就发生。或门的符号见图2；当一张纸上画不完一张事故树时，可使用转入（图3）、转入（图4）符号；不需再往下分析的事件（底事件）符号见图5；菱形

此事故树仅由或门及与门组成，所有的基本事件可以包含重复事件，但这些事件都是互相统计独立的。用布尔代数可以表示事件之间的逻辑关系；再求出事故树的最小割集，即隧道火灾预防系统的事故模式。事故树定性分析的任务就是求出事故树的全部最小割集。由于全部最小割集反映了系统的全部事故模式，所以全部最小割集的集合又称之为系统的事故谱。通过对事故谱的分析，可以找出系统的薄弱环节，从而提高隧道火灾预防系统的安全性与可靠性。求隧道火灾事故树的全部最小割集的程序如下：　　T=A1X1B1

=(X2+A2)X1(B2+B3+B4+X7) 　　=(X2+X3+X4+X5+X6)X1(X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15)　　经过布尔代数运算，引起隧道火灾事故发生的组合计算结果见表1。

图6中各字母表示含意：T表示隧道火灾；A1表示隧道中的可燃烧物；A2隧道外界带入的可燃烧物；A3车辆运输的可燃烧物品；B1隧道中火源；B2隧道中的电气设备起火；B3人为纵火B4车辆发生交通事故起火；X1空气；X2隧道内装为可燃烧物；X3机动车辆的燃料；X4行人带入的可燃烧物品；X5一般可燃烧物品；X6易燃易爆物品；X7车辆发动机起火；X8雷击起火；X9电气设备短路起火；X10电线电负荷过大起火；X11故意纵火；X12非故意纵火；X13车辆对撞起火；X14车辆追尾起火；X15车辆撞中隧道内结构物起火。　　从表1中可以清楚地看到：在本文所列举的所有基本事件中，隧道火灾发生有45种可能性。在假定各基本事件的发生概率相等的情况下，分析各基本事件对顶端事件发生所产生的影响程度，称之为基本事件结构重要度分析，基本事件结构重要度用

表示。对事故树较小的情况下对其分析常用的有直接排序法。　　直接排序法是按基本事件在割集中的地位，根据一定的判断原则进行排序的方法。判断基本事件对于顶端事件（隧道火灾）的影响的结构重要度的程度有下列五条原则：　　1.

各最小割集的基本事件数不相等时，在事件数少的割集内的基本事件比事件数多的割集内的基本事件结构重要度大；　　2.

在同一个或几个具有相同事件数的最小割集内出现的几个基本事件，彼此间的结构重要度相同；　　3.

最小割集内基本事件个数相等时，在各个最小割集内，重复出现次数多的基本事件较出现次数少的基本事件结构重要度大；　　4.

两个事件以同样的次数重复出现在几个最小割集内，出现在少事件最小割集内的基本事件结构重要度比出现在多事件最小割集内的基本事件结构重要度大[2]。　　在以上分析隧道火灾的最小割集

中基本事件 均为3个，含 (i=2，3，4，5，6)事件的组合占总数的9/45；含

(i=7，8，9，10，11，12，13，14，15)事件的组合占总数的5/45。　　基于以上分析可知，由表1可知，基本事件

的结构重要度排序为：　　I(1)>I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)>I(7)=I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)　　从基本事件的结构重要度分析知在隧道内减少可燃烧物品数量或采用阻燃或不燃物品做内装是减少隧道火灾发生概率的有效措施。在防止起明火的影响因素涉及到交通管理、隧道结构设计及管理人员等诸多方面。以下从交通管理、隧道结构设计等方面研究隧道火灾的预防措施。　　3.

公路隧道火灾预防措施　　3.1

行车管理　　公路行车管理子系统也必须通过措施达到安全状态。可以通过以下措施：　　1.客货车道分离。客货车分道后，客车的运行更为通畅。　　2.依国外经验，应规定隧道内不得随意停车和超车，小车的最小间距应是50m，大客车最小间距为100m，货车间距应保证在150m以上，大客车和重型载重车应安排距离警告设备，同时限制车距，有利于被围人员的撤退和消防人员迅速到达火场及时展开有效的灭火战斗。　　3.车辆进入隧道前需要减速，隧道内限制车速，避免一旦事故发生时，车辆拥堵不堪、造成更大的死伤亡与损失。　　4.强制采用车队警告电子设备，并有相应车速限制与监视。　　5.自动进行交通管制，当隧道发生事故时应迅速阻止洞外车辆进洞，以利于快速组织救援，减小损失。　　6.在隧道进口外1km处设置观察检查处，通过人工和仪器观察进洞车辆，防止病车和具有危险性的车辆进入隧道内。　　7.若车辆发生故障应尽量让其停靠在紧急停车带，不阻塞后续车辆。　　3.2

人员的管理和培训　　1.隧道管理人员　　作为隧道的管理者在应对隧道火灾时要做到处变不惊，指挥若定，有效地控制火灾，安全疏散人员，将火灾损失降到最低限度，必须具备以下技能和素质。　　隧道易燃易爆物品车辆通过隧道的预防火灾工作和安全管理工作，要在隧道管理部门的领导下开展，隧道管理部门应组织安检人员学习有关规章制度，提高业务素质。总结经验，开展评比，实行奖惩，全面提高管理水平。应加强防灾、减灾演习。从中国猫狸岭隧道火灾事故看出，隧道管理人员的应变能力和救灾综合能力应在演练中提高。针对洞内火灾或其它灾害，3个月进行一次小演习，6个月一次中演习，12个月一次大演习，使人员和设备常处于一种戒备状态。从以往一些隧道的情况看，时间长了，人懒了，业务生疏了，设备锈住了，一旦发生事故，应对能力就会低下，酿成大规模灾害就在所难免。　　隧道管理者应通过检修保持洞内有关设施标志醒目，尤其是消防箱的标志更应醒目。　　1.

隧道管理部门应设置安全监察办公室，定期对隧道的安全工作进行检查和评估，并根据隧道的运行情况提出新的措施、方法。在获得基础火灾安全信息资料时可以通过的以下设计的火灾安全检查表（Fire

Safety Check

List）进行获取，它是一种最基础的系统安全定性分析法。　　进行安全检查前，需要把系统分为若干层次，每一层次又分为若干单元。根据有关的安全规范、规定、标准和经验等，把要检查的项目、要点按一定顺序列成表格，作为检查的依据。根据检查隧道火灾的对象和目的的不同，火灾检查表可分为装运易燃易爆物品车辆防火安全检查表、隧道消防报警设施安全检查表、日常安全检查表、火灾隐患整改安全检查表等，样表如表2

2.隧道的使用者　　作为隧道的使用者应有以下责任和义务：　　(1)

了解隧道交通潜在的危险性；提高其安全防范意识。使其交通行为自觉地规范化，司乘人员应了解隧道内有关设施和在紧急情况下的正确使用方法。　　(2)

隧道一旦发生火灾，使用者有义务传递信息或协助传递信息，有义务承担灭火或协助灭火；消防部门、交通警察有义务与公路部门一道及时有效地搞好减灾和救助工作。　　(3)

必须严格遵守隧道防火安全和交通安全管理法规。　　3.3

装载易燃易爆物品车辆通行对策　　引起隧道火灾的原因是多种多样的，但分析世界各国发生的交通隧道火灾，可以发现由于车上装载易燃物品爆炸起火而引发火灾的频率是相当高的，而且，由于易燃、易爆物品燃烧猛烈、扑救困难，因此造成了巨大的人员和财产损失。因此，装载易燃易爆物品车辆通行隧道时可采用如下对策：易燃易爆品车辆通行隧道其危险性是巨大的，按其性能参数，对载有易燃易爆物品车辆的通行管理方式有三种：一是允许通过；　　二是限制通过；三是禁止通过，让其绕道通过。　　3.4

预防隧道火灾对隧道设计的要求　　隧道设计者在隧道设计过程中进行火灾防治基本对策的总体设计应体现的原则包括：主体钢筋混凝土结构的保护层应具有足够的耐火能力；隧道轴线选择和出入口规划布局应考虑行车安全和火灾时烟雾的蔓延；出入口设计在技术上应可识别并阻止载有危险品的车辆进入隧道；隧道内的装修材料应采用不燃材料；隧道内每隔一定距离设置一电视摄像头，出入口外设置电视监控装置。隧道内设自动喷水灭火起动装置，照明灯全亮时风机立即反转全速排烟，排风管考虑耐高温要求，洞口警铃长鸣，火灾信号灯闪烁；隧道内应备有足够的水源(消防给水)；隧道内应设有防火隔离设施；通风设计应考虑隧道火灾时的排烟，并设人员疏散通道(与隧道内公用沟管线廊兼用)；必须设有可靠的电源(设置自各发电机组，在30S内自动投入运转，考虑消防电源，配备耐火线或阻燃电缆)；设有可靠的控制和显示设备；隧道内设置紧急诱导和避难设施；选择可逆型风机（用于排烟）。