一、機械排煙方案

新“建規”（報批稿）中第１４．３．１規定：當隧道設置機械排煙系統時，應符合下列規定：長度不大于３０００ｍ的單洞單向交通隧道，宜采用縱向排煙方式。因此，該隧道的機械排煙的方式按縱向排煙方式來設計。即在隧道頂部設置射流風機，引導煙氣向車行方向出口排出。按照射流風機機械通風方式的火災工況排煙風量計算結果可知，隧道排煙風量為５６．６８ｍ３／ｓ。如發生火災，排煙風速按２．５ｍ／ｓ考慮，選擇射流風機排風量為１８ｍ３／ｓ，需射流風機４臺。在隧道暗埋段均勻布置兩組共４臺射流風機，將隧道頂部的空氣有組織向下行洞口流動排出。該方案的優點：按照技術規范設計、施工，依據成熟充分。

方案的缺點：其一，局部設置射流風機后，標準預制構件斷面尺寸變大，框架結構頂部需加高１．２ｍ。那么隧道的整體埋深深度至少增加１．２ｍ。將造成土方開挖量增大，邊坡加固、維護難度增加，工期明顯延長。其二，通過射流風機將火災中產生的熱煙向隧道口有組織傳遞排放。筆者認為，射流風機對于非火災狀況下的通風效果比較明顯。發生火災時，熱煙氣應在未降低到一定高度之前排除隧道。此時很重要的參數就是熱煙的溫度。也就是說應該在熱煙的溫度降低之前，煙層的熱浮力使煙層還停留在隧道內的上部時，火災煙氣就應該被排除隧道。由于下穿隧道出口處的位置較高，水平設置的射流風機在將熱煙向隧道口引導的同時，熱煙與隧道內的低溫空氣混合，熱浮力迅速下降，煙氣層迅速下降并使整個隧道充滿有毒煙氣。這樣的排煙效果實際就成了全隧道斷面排煙。在許多的實際案例中（如翔安海底隧道），全斷面排煙的效果不令人滿意。其三，根據“建規”條文說明的內容，機械通風會通過不同途徑對不同類型和規模的火災產生影響，在縱向機械通風下，載重貨車的火災增長率可以達到自然通風時的１０倍。也就是說機械通風方式并不是對所有火災類型都有利。

二、豎井型自然排煙方案

所謂豎井就是在隧道中修建的具有通風排煙作用的豎向井道。自然排煙是相對于機械排煙方式的無動力的排煙方式。豎井型自然通風排煙的方法廣泛應用于城市隧道工程實例中。“建規”對于豎井型自然排煙方法無明確的條文規定。但國內諸多單位和地區對于城市隧道的豎井排煙方式有所研究，并在一些項目中推廣應用。如解放軍理工大學工程兵工程學院對此有專門的研究，建立了相關理論體系。江蘇省還制定了地方性標準《城市隧道豎井型自然通風設計與驗收規范》（以下簡稱“豎井型規范”）。筆者認為，該規范在該工程設計方案的選擇上有很好的指導作用。“豎井型規范”第７．２．２條規定，隧道入口算作起點，至各個通風豎井的中心位置，直至隧道出口，將隧道看成由若干段組成。第９．０．１條規定，隧道按照豎井要求設置通風豎井后，隧道內可不設置機械排煙系統。實際上該方法就是通過設置豎井，把長隧道分割成多個短隧道，而達到不需要設置機械排煙的規范要求條件。

按照該方案設計時，應著重注意以下幾點：（１）豎井的位置。豎井宜沿著隧道長度方向設置在隧道頂部，最好在頂部中央位置。（２）嚴格控制豎井間距。由于豎井自然排煙時的氣流流動的動力是熱煙浮升力、汽車通行時的“活塞風”以及豎井上下的空氣壓差。豎井間距較大的話，熱煙容易在隧道內滯留，造成煙氣層高度下降。因此，應按照“豎井型規范”第４．０．４條規定設置豎井，即不加輔助風機時，豎井間距不得大于２４０ｍ。筆者認為，一般設置豎井的主要作用是排除污濁空氣。對于普通的隧道通風，豎井的設置可以按照間距不大于２４０ｍ考慮，但對于火災工況的排煙要求，這樣的排煙量就不能滿足排煙要求了。這是因為，其一“建規”第９．２．４條規定，自然排煙口距該防煙分區最遠點的水平距離不應超過３０ｍ，而豎井就相當于自然排煙口的作用。其二豎井排煙主要是靠豎井上下的空氣壓差。也就是要有高寬比的限制。該隧道頂部覆土淺薄，豎井高度不高，高寬難以滿足要求。實際上豎井上下口的壓差并不大，可能在火災工況下的排煙效果不佳。其三豎井自然排煙的動力之一是汽車的活塞風。火災時，著火隧道內將不會有汽車駛入，活塞風的效果將大打折扣。其四，豎井通風需要設置足夠數量的豎井和足夠的面積，對于地面的道路、綠化影響較大，同時增加預制構件的制作和防水工作的難度。因此，簡單地考慮設置豎井對于該隧道并不能達到消防安全有效、建設經濟快速的目的。

三、集中開孔分段自然排放方案

“建規”中規定，隧道封閉暗埋段的長度超過５００ｍ時，需設置機械排煙。集中開孔分段自然排放的方案是根據該隧道左右兩線封閉段長度不等的實際情況來具體考慮的，原則就是將隧道封閉段長度控制在５００ｍ以內。以此來滿足規范對于隧道長度的要求，在發生火災時煙氣自然排放，煙氣層不充斥整個隧道斷面，這樣對隧道內人員安全疏散是最有利的。具體方法是在左線框架與右線Ｕ槽合建段的側壁和頂板集中開孔，將火災時產生的煙氣和熱量集中排放至大氣。集中開孔段距左線通道起點４２５ｍ、距左線通道終點４７０ｍ，封閉段均小于５００ｍ長度。為使集中開孔段達到與隧道洞口一樣的火災消防效果，從兩個方面采取措施：其一保證開孔面積，具體做法是在結構允許的情況下盡量擴大側壁和頂板的開孔面積（實際開孔為２１０ｍ２），大于隧道洞口斷面面積（４５．６ｍ２）；其二防止煙氣流動，在兩個封閉段中部的頂板下各向下凸出高度０．９ｍ的鋼筋砼梁劃分防煙分區（參照“建規”第９．４．２條：防煙分區宜采用隔墻、頂棚下凸出不小于５００ｍｍ的結構梁以及頂棚或吊頂下凸出不小于５００ｍｍ的不燃燒體等進行分隔）。同時，在兩個封閉段范圍內通道頂板上各增設一組豎井，進一步加強通風排煙效果，該豎井作為通風口和采光孔，提高通道內行車舒適性。保證煙氣從側面和頂面排出，而不繼續縱向擴散。在側壁開口有助于隧道內人員疏散：該側壁開口于相鄰右線的半敞開段，火災時，人們可以利用側向開口作為緊急出口向右線道路疏散。上述集中開孔后，在火災排煙方面，已使隧道一分為二，每段封閉段長度均小于５００ｍ，可滿足規范要求。

四、方案比較

在增設射流風機的情況下，預制構件的高度至少增加１．２ｍ，在廈門這樣沿海、高地下水位的地區，開挖深度的增加就意味著施工難度、工程量的急劇增大。從圖４看出，帶集中開孔的組合框架，能滿足規范的通風和火災工況下的排煙面積要求。經反復對比、論證，第三種方案的優勢明顯。既符合規范的規定，又能滿足封閉隧道長度和自然排煙面積的要求，施工簡單，施工周期短，造價最低，且今后的運營費用較低。經過反復比較和驗算，該隧道的通風、排煙設計選擇集中開孔自然排放方案。

五、結束語

該項目采用了在隧道側壁和頂棚集中開孔的方式作為排煙的方法，是基于該隧道左右線暗埋長度不同的特殊情況而制定的。這樣的方法，既符合了“建規”的條文要求，也滿足施工工藝和工期的要求。至于能否滿足火災工況煙氣的有效排放，待工程施工完成后，將分別進行熱煙和冷煙的試驗。

作者：任彤 莊偉戎 單位：廈門市消防支隊