论文总字数：21915字

摘 要

城市隧道是城市的交通要道，因其交通量巨大，隧道内部条件相对特殊，在发生交通事故时，需要有针对的进行遇难人员或车辆的疏散。为提高拥堵或事故时人员的疏散效率，需要从城市的特点考虑城市隧道疏散通道设置方法。本文从公路隧道与城市隧道的异同着手，考虑多种不同疏散方式及人员疏散影响因素对人员疏散的影响，从而对城市隧道避难逃生通道的设置方法进行合理的建议。

关键词：城市隧道 逃生通道 对比分析 人员疏散 横通道

Study on the Setting Method of Escape Passage in Urban Tunnel

Abstract

Urban tunnels are important traffic routes in cities. Because of their huge traffic volume and relatively special internal conditions, it is necessary to evacuate the victims or vehicles when traffic accidents occur. In order to improve the evacuation efficiency of people in congestion or accident, it is necessary to consider the method of setting evacuation passages in urban tunnels from the characteristics of cities. Starting from the similarities and differences between highway tunnel and urban tunnel, this paper considers the influence of various evacuation modes and factors affecting evacuation on evacuation, and makes reasonable suggestions on the setting methods of evacuation passages in urban tunnel.

Key Words: urban tunnel; escape trunk; comparative analysis; human evacuation; cross passage

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.2.3 国内外研究现状评述 4

1.3 研究内容与方法 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 研究方法与技术路线 5

第二章 隧道逃生通道类型 7

2.1 横向逃生 7

2.1.1 人行横通道 8

2.1.2 车行横通道 9

2.2 纵向逃生 9

2.2.1 车道板下逃生 10

2.2.2 隧道竖井逃生 11

2.2.3 服务通道逃生 11

2.2.4 同洞上下逃生 11

2.3 不同疏散方式的对比分析 12

2.4 本章小结 12

第三章 人员疏散影响因素 13

3.1 人员疏散时间因素 13

3.1.1 安全疏散时间 13

3.1.2 安全疏散时间的获取 13

3.2 人员疏散行为因素 14

3.2.1 群体从众效应 14

3.2.2 个体避生效应 15

3.3 环境因素 15

3.3.1 烟气危害 16

3.3.2 高温危害 17

3.4 本章小结 18

第四章 逃生通道设置方法 19

4.1 公路隧道逃生通道设置参数计算 19

4.2 城市隧道逃生通道设置方法 22

4.2.1 火灾参数 22

4.2.2 车道参数 23

4.2.3 交通量参数 24

4.2.4 人员荷载 26

4.2.5 数据计算 26

4.2.6 结果分析 28

4.3 本章小结 29

第五章 结论与展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

随着我国的经济发展，以及经济全球化的深入，我国的城市化逐步加快，城市的快速发展和人口的快速增长导致城市交通压力巨大。城市用地受天然环境、地形的影响以及绿化用地等的限制，将要趋于最大极限，因此，地面空间发展到极限，人们便将发展方向转向地下空间以及地上空间，诸如地铁，城市隧道，立交桥等现在已经开始逐步发展兴盛。然而利用地上空间的交通严重影响了地面的视野及美观，并且噪声污染，空气污染等危害严重，相比之下地下交通更环保美观，因而城市地下交通的研究成为了当下研究的重点内容。

城市隧道火灾的发生具有突发性、不可预知性和偶然性，一旦发生城市隧道火灾，会造成大量的经济损失和人员伤亡。长期以来，公路隧道逃生避难的相关研究已经进行了详尽的研究，关于城市隧道的相关研究较少，随着城市化进程的推进，城市人口数量急剧攀升，城市隧道逃生通道的设置越来越受到国内外专家学者的重视，城市隧道避难逃生通道设置方法也逐渐成为交通安全领域中的研究热点之一。

1.1.2 研究意义

相比于公路隧道，城市隧道由于交通量更大、隧道造价更高，因而车道数更多、车道更窄，隧道纵向高度更低，从而隧道更扁平。^[1]城市隧道更主张通达性，所以出入口更多，线型也更加复杂，相对的逃生会更加便捷。城市隧道交通量更大且具有时间潮汐性，早晚上下班高峰期车流密度非常高，相关研究表明车流量与火灾事故发生率呈正相关。^[3]最后，城市车辆组成主要为小汽车，发生的火灾规模相比公路隧道较小。当城市隧道一旦发生事故，造成的拥堵将会比公路隧道持续时间更久、更难以恢复。并且，长时间的拥堵对被困人员的身心亦是一种考验。当下从城市隧道特点着手来研究城市隧道避难逃生通道设置方法的相关研究甚少，因此，如何更快速、更有效率的对事故时人员以及车辆的快速疏散，是本文研究的重点。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1. 隧道事故概况

F.H. Amundsen,G. Ranes.根据挪威公共道路管理局所调查的隧道交通事故数据，发现在隧道入口处发生事故的概率远高于露天路段及隧道内部。^[17]Jian Sheng Yeung,Yiik Diew Wong.对新加坡近年来三条高速公路隧道中发生的608起道路交通事故进行了分析，发现车辆在进入隧道时发生事故的概率远大于出隧道时，而在隧道内部，平均事故发生率较高，且主要事故原因是追尾。^[18]

2. 隧道火灾及人员疏散研究

YasushiOka，Graham T.Atkinson研究了火焰的形状，大小和位置的变化对隧道火灾烟气蔓延临界速度的影响。^[14] Matis,P.，Spalek,J.使用Simulink和MATLAB创建公路隧道中烟雾扩散的数学模型讨论了公路隧道内烟雾扩散与温度和烟雾环境中有限量的氧气对人员生存的影响。^[15]

1.2.2 国内研究现状

1. 隧道事故概况

倪娜，杨少伟等人通过统计分析、对比分析和图表分析的方法得出公路隧道第一季度，出入口明暗变化，和小汽车最容易是最容易发生交通事故的，主要原因及危害是疲劳驾驶，擦伤道沿。^[4] 张生瑞，赵友功，王超深将北京—珠海高速公路韶关段进行分段统计，得出小汽车在入口段速度变化幅度很大，在入口及出口段容易发生事故，且小汽车事故率远高于中型车与大型车。^[19] 王少，林志，陈建忠，邓欣对山区高速公路隧道交通事故的分布特点进行了归纳分析，发现国内公路隧道事故发生率最高处为隧道入口段，其次是出口段，且主要原因是发生追尾。^[20]

2. 隧道火灾研究

徐永，廖少明等人运用FDS模拟，在火灾规模20 MW， 火源面积20 m²， 火灾热释放率1 000 kW条件下，得出结论横通道有中隔墙疏散时间久，同时能阻隔烟气蔓延，横通道无中隔墙疏散最快，但烟气蔓延速度是有中隔墙的2倍。^[5]安徽理工大学的贾占伟针对半敞开式隧道，运用FDS模拟，得出不同火源位置和火源高度对隧道火灾上游温度和烟气的特性。^[6]长安大学的龚波发现我国今年在隧道安全疏散设施方面缺乏系统研究，他运用Pyrosim建立隧道模型，Pathfinder建立疏散模型，得出公路隧道在无通风车辆拥堵时最不利逃生，而CO对逃生影响不大，主要是烟气和能见度的影响大，在通风2.5m/s时逃生环境最佳。^[2][7]赵冬、蒋军成、赵参观、赵声萍以南京市西安门隧道、新模范马路隧道和通济门隧道为例，研究了城市隧道自然通风模式在正常运行时可以保证隧道内的空气品质要求，并且有很好的节能效应，但无法满足火灾时安全性要求，而混合通风模式在隧道正常运行时能保证隧道日常运行时的通风效果， 当排烟系数在3.3左右时，又可满足火灾事故下的安全性要求，保证了人员的安全疏散。^[16]

3. 人员疏散研究

严涛、王明年、舒东利、张子晗、刘祥对不同海拔高度的铁路隧道火灾时人员逃生可用时间建立模型计算分析，他同时考虑火灾时烟气浓度，人员可见度，隧道纵向温度等因素进行人员逃生必须时间的模拟。^[12]长安大学的杨震进行了对不同火灾规模和通风风速下火灾人员疏散模拟，他同时考虑了温度和毒性气体对人体的伤害，将其作为人员生存的边界条件进行逃生距离的研究。^[13]长安大学的赵峰采用窒息气体模型和高温气体模型研究了火灾对人员逃生的生存条件。^[10]

4. 基于人员疏散的新型模型研究

西南交通大学的周攀发现当下尚无蚁群算法与人员疏散的结合研究，他建立蚁群算法模型，使用MATLAB人员寻路，以期实现总体疏散时间最优。^[8]张德成、蒲勇、沈航、蒋克军研究得出绝大部分的隧道所采用的疏散逃生方式均为横通道方式，即在发生火灾时， 人员利用横向联络通道进入另一主隧道的安全区。随着隧道长度的增加和修建时间的推移， 公路隧道横通道间距趋于减小。^[9]徐永、廖少明、李伟平、门燕青根据疏散时间的统计分布规律编写程序进行了疏散模拟，分析得出不同逃生距离下的疏散失效概率，从不同逃生距离的风险可接受性分析逃生距离与逃生风险的关系。^[11]

1.2.3 国内外研究现状评述

对于公路隧道逃生通道的研究，从火灾着手研究的有关于火灾烟气排放的研究，不同人员对火灾烟气的特性，以及在不同通风系统下烟气的走向趋势的研究已经相当透彻。关于火灾的其他对人员逃生相关的影响因素如温度，照度，有害气体CO等也已有大量人员建立不同模型进行了大量的仿真模拟，获得了相当多的数据和结论。从人员逃生角度着手研究的有关于人员逃生时间，逃生距离，逃生有效性等也已经有了相当多的人员进行了建立相当数量的模型来进行数据分析和仿真模拟，得出了切实可用的结论。国内外关于火灾的研究成果丰富，并且已经开发了一系列模拟火灾与人员逃生的软件，研究上比较成熟。近年在交通灾害的控制、救援和评估方面也取得了相当的成绩，许多研究成果也已经通过了科学验证并投入到实际应用中。

就城市隧道而言，相比公路隧道的事故疏散研究较少且技术不够成熟，在对城市隧道进行研究时可借鉴公路隧道的相关规范与学者的研究。挪威与新加坡学者对城市隧道的研究已经有了一定的实践意义，而国内对相关疏散的研究还在探索中。陈建忠等学者对公路隧道的事故发生成因及组成进行了统计分析，而对城市隧道相关事故的研究数据还有所欠缺。在隧道疏散的研究方面，国内学者主要从公路隧道发生火灾的火灾、人员、隧道三大影响因素进行研究，主要结论有：考虑不同火灾规模、不同排烟方式对人员疏散效率、生存率、疏散方式的研究。就方法而言，对火灾及烟气的蔓延多用流体力学相关模型进行模拟，对不同排烟方式使用多参数多次模拟的方式进行模拟，对人员的疏散使用离散数据或是蚁群等模型进行疏散模拟。虽然当今关于公路隧道火灾逃生的相关研究已经非常透彻，然而关于城市隧道避难逃生的相关文献却寥寥无几，相比于公路隧道，城市隧道更为复杂：线型变化多，交通流量大，车型分布不同等等。所以，本文针对城市隧道特征来对比分析公路隧道逃生方案在城市隧道避难逃生方面的应用与综合评价。最后，城市隧道的相关研究与模拟较少，公路隧道的相关研究对城市隧道的研究有一定借鉴意义。

1.3 研究内容与方法

1.3.1 研究内容

1. 隧道逃生通道类型

从常见隧道逃生方式着手，分为横向逃生和纵向逃生两大类，分别对其中各个逃生方式进行系统的介绍和优劣对比的分析。

2. 人员疏散影响因素

为建立人员疏散逃生模拟仿真的人群流模型，需要考虑人群疏散的影响因素。人员主要影响因素有两大类，生理因素和心理因素。本文还考虑了人群由于火灾烟气、高温等的影响下人群的响应形式，对比了公路隧道与城市隧道事故的不同之处。

3. 逃生通道设置方法

为得出逃生通道的设置原则和方法，主要针对人行横通道及车行横通道，通过案例分析，了解其中模拟与仿真的模型原理，根据其仿真的结果，综合起来进行数据分析，并且结合规范与相关统计数据，对城市隧道人员疏散进行了试算，提供一个较为合理的逃生通道设置参考。

1.3.2 研究方法与技术路线

1. 对比分析法

将公路隧道避难逃生的相关研究与城市隧道特有特征相比较，来进行城市隧道避难逃生方面的应用与综合评价。

2. 文献分析法

通过查阅文献的方式了解隧道逃生疏散的概念和思路，为论文的写作提供必要的研究思路和依据。

3. 案例分析法

结合以具体的公路隧道逃生疏散案例为分析对象，分析验证问题研究的客观性。

4. 技术路线

第二章 隧道逃生通道类型

根据学者们对山区隧道、大跨度隧道等实际隧道的统计，目前使用较为广泛的隧道逃生疏散方式主要有六种：人行横通道疏散、车道板下逃生、隧道竖井逃生、服务通道疏散、同洞上下疏散以及多种疏散方式综合使用的组合疏散。其中又可根据疏散的方向进行更细的分类，分为横向逃生与纵向逃生。下文将对这些不同的疏散方式进行简单介绍。

2.1 横向逃生

根据火灾发生时的不同需求和对象，城市隧道横向逃生方式分为人行横通道和车行横通道两种。从尺寸上看，车行横通道相比人行横通道的宽度更宽。从分布上看，车行横通道和人行横通道的设置间距不同，且一般等间距布设。从功能上看，车行横通道主要供紧急时车辆逃生使用，危急时也可作为人行横通道供人员逃生，人行横通道仅供危急时人员逃生。横通道大多与车行道方向呈垂直的90度相交，但从安全性及实用性来考虑，横通道与主道交角呈60度时更易于救援车辆的进入及事故时相关车辆的逃脱。综合考虑施工成本及结构稳定性等因素，大多隧道横通道的设置仍然采用与主道垂直相交的方式。^[21]本文主要研究人行横通道。

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