长大隧道纵向疏散救援体系试验的实践与创新

1.试验目的

我国长大盾构隧道中采用全纵向疏散救援模式没有成功的经验可供借鉴。隧道在火灾工况下被困人员疏散特点、各区域的分布特性、消防救援策略的实施都需要实测数据予以验证。为此，课题组以上海虹梅南路隧道以及长江西路隧道为背景，开展了长大隧道火灾工况条件下的人员疏散救援体系试验研究，其目的主要是测试不同人员构成方式下，长大隧道纵向疏散的疏散效率、人员行进规律及消防救援能力，并验证纵向疏散空间的适用性。

2.试验方案及试验过程

本节详细阐述了两种纵向疏散救援体系试验，“疏散楼梯+救援楼梯”模式试验和“疏散滑梯+救援楼梯”模式试验。“疏散楼梯+救援楼梯”模式试验以上海虹梅南路越江隧道工程西线隧道为背景工程，取西线隧道奉贤侧+96环位置为主疏散通道，模拟隧道内被困人员的疏散救援特性；“疏散滑梯+救援楼梯”模式试验以长江西路隧道为背景工程，模拟隧道内被困人员的疏散救援特性。试验流程见图4.46。

图4.46　试验流程图

3.试验参数采集

“疏散楼梯+救援楼梯”模式试验所采集的时间参数包括：

(1)平均下车时间t 1：模拟被困人员接报火灾至离开车辆的时间；

(2)平均穿越逃生盖板时间t 2：模拟被困人员组通过逃生盖板的总时间/被困组人数；

(3)平均通过逃生通道时间t 3：模拟被困人员组通过疏散空间的总时间/被困组人数；

(4)人员车道层行进时间t 4：模拟单个被困人员从下车到穿越盖板进入疏散空间的时间；

(5)人员疏散层行进时间t 5：模拟单个被困人员通过疏散救援空间的时间；

(6)疏散设施通行时间T 1 =t 2+t 3：表征了该疏散设施的通行能力。

“疏散滑梯+救援楼梯”模式试验受到现场条件限制，试验过程中，仅采集到人员穿过疏散洞口的时间t 2，即捕捉到了模拟被困人员从非安全区转移到安全区的平均时间。

4.试验结果综合分析

(1)“疏散楼梯+救援楼梯”模式试验

试验参数统计列于表4.12。

表4.12　试验参数统计　(单位：s)

分析表4.12可以得出以下主要结论：

模拟被困人员的下车时间t 1=0.96～1.26 s，在试验条件下，该时间极短。实际火灾工况条件下，应考虑人的反应时间等因素，并适当延长。

模拟被困人员的平均穿越逃生盖板时间t 2=1.24～1.75 s。该时间与人员的行动能力有关。数据表明男子组最优、老年组其次、女子组时间最长。

第一名到达洞口的t 2时间涵盖了盖板开启的时间，从现场试验情况来看，盖板开启的时间普遍小于1 s，但现场无法单独计时。可以证明目前情况下的盖板设计和开启不会对疏散人员造成较大的时间损失。但是必须注意的是，试验工况是一种理想化的工况，盖板的开启条件良好，没有老化或者功能损失的风险。在设计使用该数据时，应考虑上述风险因素。

t 3表明了人员在疏散通道内的行进时间。该时间与人的行动能力有关，同时受到疏散群体移动特征的影响。该数据的大小可以反映人的行为模式，同时直接反映疏散救援空间的通行能力。试验数据表明，人员通过该疏散救援通道的平均时间为1.58～2.16 s。总体而言，模拟被困人员在该通道内行进较为顺畅，没有发生碰撞及拥堵状况。

t 3及t 5均表明老年组疏散速度最快，而年轻男子组最慢。这与一般意义上的理解是有出入的，同时也反映了疏散效率不仅仅取决于人的行动能力，同时还取决于疏散个体所在群组的共同行动能力。尽管年轻人的行动能力普遍较强，但是速度过快在一个陌生而又狭小的空间内，不一定具有速度上的优势。老年组采用平稳、有序的方式通过是最有利的。据此试验结果，在实际工程实践过程中，宜在疏散洞口采用集中广播的方式，提醒待疏散人员，一定要“紧张而有序”地通过疏散通道，这样才能避免拥堵。

t 4反映了模拟被困人员在地面上行进的时间，同时包含了在洞口等待的时间。该时间与人员行进距离、行动能力有关。在本次试验涉及的50 m 范围内，平均地面行走加等待时间为10.65～18.98 s。女子组在地面的行进速度较慢。(www.xing528.com)

疏散总时间T 1反映的是人员从火灾区转移到安全区的时间，平均值为3.02～3.52 s。中老年组的疏散效率最高，年轻女子组的疏散效率最低。该结果说明在狭长隧道疏散通道内，采用紧张有序的方式通过是最有效的疏散方式。

(2)“疏散滑梯+救援楼梯”模式试验

“疏散滑梯+救援楼梯”模式试验，根据试验结果，可以将主要时间汇总于表4.13中。

表4.13　试验参数汇总　(单位：s)

分析表4.13可以得出以下主要结论：

采用疏散楼(滑)梯的模式进行人员疏散，人员穿过盖板进入安全区的时间从1.46～2.09 s不等。该疏散时间可以反映盖板体系的通行能力，同时反映楼(滑)梯体系的通行能力，在同等工况条件下，楼梯疏散效率高于滑梯。

从现场试验中可以观察到，在实际疏散过程中，由于混凝土制的滑梯有一定的摩擦力，人员在使用滑梯进行疏散的过程中，并不是完全呈现出一种“滑动”的状态，而是双手扶住栏杆，“边滑边走”的状态。这与传统概念上对滑梯的认识是有所区分的。“边滑边走”状态的出现，使得在同一时间段内滑梯具备同时疏散多人而非一人的能力，有效提升了疏散的效率。

三组试验反映出人员进行疏散的时间是逐渐缩短的。这反映了模拟被困人员对环境和疏散方式的熟悉，可以有效提升疏散效率。

楼梯模式在背景工程设计中，原本是作为救援通道使用的。但是考虑到实际火灾工况条件下，模拟被困人员较不可能对现存的疏散口(实际是楼梯)进行区别，因此，也存在利用楼梯进行向下疏散的可能性。试验表明，利用楼梯进行疏散的平均时间优于滑梯疏散。

此外，试验人员在虹梅南路隧道开展了消防救援演练，测试和验证长大隧道的消防救援模式。

5.疏散救援空间适应性评价

(1)问卷调查对空间适应性评价

长大隧道的纵向疏散模式是一种全新的模式，为了评价人员通过疏散救援通道的感官特性以及普通人员在隧道内遇险自救的能力，在长江西路和虹梅南路两次疏散救援试验结束后都对试验参与人员进行了问卷调查。

通过该调查问卷可以得出以下结论：

参加试验的人员具有一定的隧道内疏散救援常识和遇险自救能力。对于疏散救援的设施、位置、易辨识性均有较高的评价。

对于目前采用的疏散救援空间持较为积极的评价，但是对于疏散口的设置以及疏散楼梯的宽度、坡度，有部分人员持负面评价，说明在今后的设计中，在条件允许的范围内，应予以调整。

(2)盖板体系的适用性

通过试验测试，盖板可以方便开启。在长江西路和虹梅南路隧道的疏散和消防救援试验中，第一名到达洞口的t 2时间涵盖了盖板开启的时间，从现场试验情况来看，盖板开启的时间普遍小于1 s，但现场无法单独计时。可以证明目前情况下的盖板设计和开启不会对疏散人员造成较大的时间损失。

(3)试验参数设计对救援空间适用性的反映和疏散救援试验的评价

通过人员疏散和消防救援演练试验，课题组建立的试验六参数指标体系能够验证疏散救援空间的适用性，并且能够评价疏散救援试验设计的合理性。

6.小结

本节采用实体隧道，开展了长大隧道纵向疏散救援体系试验研究，建立了试验六参数指标体系，得出了人员疏散效率和行进规律，验证了疏散救援空间设计的适用性，形成了疏散救援试验的评价方法。

建立了一套针对长大隧道纵向疏散救援设计通行能力的评价指标体系，采用试验六参数分别反映模拟被困人员下车时间、地面行进时间、穿越盖板时间、穿越通道时间等关键指标。采用该指标体系，可以对疏散救援通道的疏散能力进行综合评价，反映出不同疏散体系的各疏散环节的瓶颈所在，进而优化疏散救援通道设计。

试验表明：楼(滑)梯及盖板体系的纵向疏散方案可有效解决长大隧道的人员疏散和消防救援问题；在同等工况条件下，楼梯疏散效率高于滑梯疏散效率；盖板开启方便(试验开启时间小于1 s)，盖板设计和开启不会对疏散人员造成影响。

通过试验验证和现场问卷调查得出，疏散救援空间设计适用性强，大多数试验人员可以接受并给予积极评价。