隧道防火技术考察报告

07年7月15日-25日由园区建设局重点处、园区地产公司、市公安局消防处组成的考察小组赴荷兰、比利时等国家对园区南环东延工程隧道防火材料－保全板的生产工厂和实验室以及该地区的同类隧道防火技术进行了考察，考察行程是这样的：我考察组于荷兰当地时间7月15日晚7时到达阿姆斯特丹，第二天考察了荷兰火车站下穿工程施工工地、TNO隧道防火实验室，听取了该实验室多位相关专家的讲课和进行了相互交流，之后又实地考察了比利时保全板工厂和仓库、法国与意大利之间的MontBlanc隧道（该隧道属于山体公路隧道，历史上曾发生过火灾后又采取了防火材料保全板保护），现将考察的有关情况总结如下：

一、隧道防火的必要性

交通隧道包括公路隧道、铁路隧道、城市地铁隧道等，大多都是钢筋混凝土结构，很多人甚至包括工程建设领域的许多人士也认为：如果隧道由混凝土建造，则无必要对其采取防火保护措施，但很多经验教训告诉我们这种观点是片面的甚至是错误的。

纵观国际范围内已经发生了数例破坏力极大的有重大影响的隧道火灾，通过对世界各地发生的大型隧道火灾分析，我们发现了钢筋混凝土结构隧道火灾的一些特性：当隧道发生火灾时，由于隧道建筑结构复杂、空间环境相对封闭，热量难以向周围扩散，使得温度急速上升，空气体积迅速膨胀，空间压力迅速增高，鉴于此，通常火灾发生时，隧道内的温度能很快达到1000℃左右(见图1：隧道内不同型式的机动交通工具着火时间升温曲线)，隧道结构很难承受得住如此高的温度，实际上砼在受热到270度就开始出现爆裂现象。混凝土结构受热后，由于产生高压水蒸气而导致表层受压，使混凝土产生爆裂。砼结构的荷载压力和混凝土含水率越高，砼产生爆裂的可能性也越大，当混凝土的含水率超过3%时，砼将100%的发生爆裂现象，而且当充分干燥的混凝土长时间暴露在高温下时，混凝土内各种材料的结合水将会蒸发，从而使混凝土失去结合力产生爆裂，最终会一层一层地穿透整个隧道的混凝土拱顶结构，这种爆裂破坏会产生以下影响：一是影响人员逃生；二是使得增强钢筋暴露于高温中产生变形，从而使隧道壁发生坍塌；三是钢筋混凝土结构的散裂、烟雾的排放会严重妨碍了人员的撤离和消防灭火，救生努力的失败，特别在水下结构隧道的连接端处，报警和通讯装置也会失去作用，塑料隔热电缆遇火时散发出的有毒气体以及通风系统的失效等都会给隧道中人员的生命和财产带来巨大的损失。以上这种情况发生时所发生的拯救和维修的费用将是巨大的，而且对于水底隧道（我们的独墅湖隧道就属于该类型），这种结构性破坏将很难进行修复，可以说是毁灭性的破坏。

二、隧道的防火保护措施和防火要求

隧道的防火保护措施应当采用主动防火和被动防火相结合的方法。主动防火是指火灾发生后所进行的火灾检测及报警、灭火、通风排烟和救援等一系列的活动；被动防火是指在火灾发生的情况下如何保障人的生命安全和减少财产损失的一种安全技术，被动防火所采取的措施主要包括：加厚混凝土的结构保护层、喷涂防火涂料、安装防火板材等。措施的选择基于隧道的类型、特点及防火规范的要求，国际上各个国家的隧道防火要求各有不同，下面我们将详细进行介绍。

1.国内在隧道防火方面的要求

我国在隧道被动防火方面的研究比较晚，在这方面的规范和标准主要是参照国外相关的研究成果制定的。隧道内的防火规范和标准因隧道内的交通组成、隧道用途、自然条件、长度等实际情况的不同而各异，以下是隧道的分类情况和相应的防火规范和要求。

防火要求：

① 一、二类隧道内承重结构体的耐火极限应采用“RABT时间—温度曲线”测试，一类不应低于2.00h，二类不应低于1.5h；② 三类隧道的耐火极限应采用“炭氢时间——温度曲线”测试，不应低于2.00h；③ 四类隧道的耐火极限不限；④ 水底隧道的顶部应设置抗热冲击、耐高温的防火衬砌，其耐火极限应与相应隧道类别匹配；⑤ 隧道内装修材料除嵌缝材料外，应采用不燃烧材料。

2.国外在隧道防火方面的要求

日本和西欧国家对隧道防火研究比较早，他们在隧道防火方面有比较丰富和成熟的经验，以下这些国家在隧道防火保护方面的具体要求。

荷兰和比利时，应用120分钟的RWS火灾曲线，瑞士则应用180分钟的RWS火灾曲线；法国应用类似于RWS的升温曲线，但最高温度比RWS低50℃；日本和德国应用120分钟的RABT曲线进行隧道防火保护；爱尔兰对于所有的新隧道都应用180分钟的碳氢类曲线，对于那些必须需要保护的隧道会适当延长耐火极限要求。下表列出了典型的火灾曲线和相应耐火极限的应用情况。

3．隧道火灾类型曲线简介

在世界各国对隧道防火要求的介绍中出现了4中火灾类型曲线，这是建立在不同火灾模型的基础上进行归纳之后总结出的，分别是：标准时间—温度曲线(纤维质类)、碳氢化合物火灾曲线、RWS(Rijkswaterstaat)曲线和RABT—ZTV 曲线。

维质类曲线的研究以通常建筑物材料的燃烧率为基础，可以追溯到20世纪40年代，然而随着热塑性材料及其它新型材料的应用，把这种纤维型曲线在应用于现代建筑设计及建造时，开始显得不太适应了，由于石油等碳氢化合物材料的燃烧率远远高于木材等纤维质材料的燃烧率，因此，对于石油化工行业的建筑和材料进行防火试验就得需要另外一种形式的曲线，这样就得到碳氢化合物曲线，RWS曲线是由荷兰交通部及其合作伙伴比利时公共事务部共同研究出来的。它假设在最糟糕的火灾情况下，潜热值为300MW燃油或者油罐车持续燃烧120分钟。RABT曲线(德国)是在一系列的实验(如Eureka项目)研究结果的基础上发展而来的，在RABT曲线中，温度在5分钟之内快速升高到1200℃，比碳氢类曲线还要快，碳氢类曲线在60分钟后温度只升高到1150℃。RABT曲线在1200℃处的持续时间比其它曲线短，在随后的30分钟内温度快速下降。

根据独墅湖隧道的结构形式以及建成后的使用情况，其防火保护就是采用RABT曲线，要求达到120分钟防火极限。

三、独墅湖隧道的被动防火

隧道的被动防火措施包括加厚混凝土的结构保护层、喷涂防火涂料、安装防火板材等，这些措施的选择是要根据隧道的不同情况进行选择的。

根据我国现行的防火规范要求，独墅湖隧道属于一类隧道，其内承重结构体的耐火极限应采用“RABT时间——温度曲线”测试，并且防火极限不少于120分钟。单独采用加厚混凝土的结构保护层或者喷涂防火涂料等措施难以达到规范要求，因此采用了比利时埃泰集团(ETEX GROUP)生产的25mm保全防火板材（PROMATECT®-H）对隧道主体结构进行防火保护。

1．性能介绍

保全防火板是德国保全公司联手世界知名建材生产商开发的建筑防火材料，PROMATECT®-H是应用先进的纤维水泥技术开发出来的一种板材，其主要成分包括结合剂(特殊水泥)和添加材料(天然硅酸盐、精选的珍珠岩以及石英等原料)。由于采用特殊工艺对保全防火板PROMATECT®-H 进行了硅化处理，因而它高温条件下，特别是在通常隧道火灾方面具有极强的耐火保护性能。

保全防火板PROMATECT®-H质地均匀，平均密度为870kg/m3。通过高压蒸养硬化后，具有较高的强度(弹性模量高达420 kN/cm2；弯曲强度高达760 N/cm2)和独特的耐火特性。独墅湖隧道采用的隧道被动防火系统由规格为2500 X 1250 X 25 MM 的保全防火板构成,能够达到“RABT时间——温度曲线”条件下120分钟的防火要求。其物理性能指标见下表：

2．安装方式

保全防火板的安装方式主要分为两种：模板浇筑式和后覆式安装。由于建筑行业的习惯以及工艺发展等因素的影响，模板浇筑式安装主要应用于一些欧洲国家，暂时在国内还未有应用的先例。独墅湖隧道防火板的安装采用的是后覆式安装，这是在混凝土结构施工完成后再进行隧道防火板安装的一种施工形式。其特点是安装灵活，适用于无法进行模板浇筑的隧道或是旧隧道的翻新.

独墅湖隧道保全防火板安装采用的是后敷安装方法，紧固件全部为不锈钢材质，平均每张保全板上达到15个螺栓，保证了保全板牢固的固定在混凝土结构之上。

安装时，保全防火板PROMATECT®-H应该正面朝下放到确定的位置，然后小心地使用支撑固定好。与此同时，钻孔、插入膨胀螺栓。尽管保全防火板PROMATECT®-H规格不大，但是稍厚一点的板，如1200mm×1200mm×27mm的实际重量大约达到了36kg，所以安装时应该考虑使用两个人协同操作。

四、考察的体会与建议

就国内水下隧道防火保护情况来看，独墅湖隧道的防火安全是处于领先地位的。但是在许多方面还需要借鉴国外的一些做法或进行改进，例如：

1、防火板安装方式。

独墅湖隧道防火板采用是后覆式安装，这种方法施工成本高，传热的铆钉大而多，建议在以后的隧道项目中采用模板浇筑式，即将保全板直接代替隧道砼顶板模板进行砼浇筑，用小水泥钉代替不锈钢铆钉，这样既可以大大降低砼浇筑成本和防火板安装所花费的成本，也可以降低火灾时锚固材料传热带来的风险。按照我国建筑行业的惯例，很少在主体结构施工的过程中考虑到被动防火的需求，因此没有能够采用防火板的模板浇筑式安装，而模板浇筑式安装平整度好，接缝更加密实，铆钉不直接暴露在外，一般砼受热到270度就开始爆裂，因此尽可能通过减少铆钉数量和大小尺寸来降低铆钉传热带来的砼损坏。如果在今后的工程中采用模板浇筑式安装，将可以填补国内防火板安装施工的一个空白，达到更好的效果。

2、独墅湖隧道保全板现有安装措施的改进。

目前独墅湖隧道采用的是移动脚手架进行后覆式安装，该脚手架拼接简单，但安装不方便，人力需要较多，建议采用欧洲常用的平板车加集装箱的安装方式，即移动平板车上并行放置集装箱和简易升降机，集装箱存放保全板，安装人员于箱顶进行操作安装，该方法能大大提高工作效率。

3、沉降缝的保护。

独墅湖隧道的沉降缝是防火的薄弱环节，沉降缝采用的连接材料及橡胶止水带都会在火灾发生时造成砼破坏和重大损失，因此考虑和合理设置保全板来保护沉降缝也应是设计和施工考虑的一个问题。

4、隧道内防火门和安全导引侧灯的设置。

当隧道发生火灾时，由于隧道建筑结构复杂、空间环境相对封闭，热量难以向周围扩散，使得温度急速上升，空气体积迅速膨胀，空间压力迅速增高，人员疏散混乱，逃生防火门的设计应符合实际需要情况，必须考虑向逃生通道方向开启门或采用移门，防止隧道空间短时间内压力升高导致防火门开启困难；火灾发生时人员的疏散肯定是混乱无序和光线黯淡的，隧道侧壁设置必要的安全导引指示灯对人员的迅速疏散将是非常必要的，指示灯应指示逃生通道入口、急救电话、灭火设备等的方向。

5、通风方向的控制。

在隧道运营管理阶段应根据隧道内实际情况控制通风机的风量及方向，火灾发生时，顺自然风方向通风必然加大火灾的火势，逆自然风方向通风必然导致隧道内烟雾更加弥漫，是降低通风量、关闭通风机还是合理引导通风的方向是火灾控制的手段和方法。

总的来说，隧道内防火技术是关系到民众安危的大事，防火技术也随着人类社会发展进步不断变化和改进，防患于未然是明智之举，按照国家规范和标准采取更合理先进的防火技术是社会文明的进步，也是社会经济发展的必然结果。

独墅湖防火板考察小组：

园区规划建设局 彭新枝

园区地产公司 邵辉 毕文廷

苏州市消防支队 章为民