地铁隧道横向疏散门设计参数研究

时间：2024-07-28

付维纲，姜学鹏，王木群

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院，湖北武汉 430063;2.中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;3.湖南省交通规划勘察设计院隧道处，湖南长沙 410008)

武汉三阳路隧道为我国第一条公路与地铁合建水下盾构隧道，盾构段全长2600m，其盾构横断面布置如图1所示。地铁行车方向左侧富裕空间设计作为公共疏散通道，作为上层公路隧道和下层地铁隧道人员逃生空间。当地铁隧道列车发生火灾且列车动力丧失时，人员需打开列车侧门向纵向逃生平台上疏散，然后经横向疏散门进入到非火灾区间(疏散通道)内避难。显然，人员到达安全区域的时间取决于疏散门的间距和宽度，间距越小、宽度越大则人员疏散至安全区域的时间越短，因而疏散门的间距和宽度是关键的参数。

《地铁设计规范》［1］中规定:横向平行设置的两条单线区间隧道，当区间内需连续设置两处以上(含两处)联络通道时，相邻两个联络通道之间的距离不应大于600m。本地铁隧道疏散门初步设计间距100m，共设置25个疏散门，疏散门的尺寸0.9m(宽)×2.2m(高)，逃生平台宽度为 0.7m。由于本隧道疏散方式与规范中的联络通道疏散方式不同，相关规范对设计的指导意义有限，需对其设计参数的合理性进行验证。本研究通过疏散软件对多个疏散门间距和尺寸进行模拟计算，对比分析不同疏散门间距和尺寸对人员疏散行动时间的影响，给出疏散门设计的推荐值，并获得推荐疏散门设计下人员安全疏散所需时间。

图1 武汉三阳路盾构隧道断面图(单位:mm)

1 疏散参数及疏散工况

1.1 疏散人数

本地铁列车采用4动2拖A型车6辆编组，编组型式:Tc－MP－M*M－MP－Tc，其中Tc为带司机室的拖车、MP为带受电弓的动车、M为不带受电弓的动车，各组车厢型式如表1所示。每辆车的最大载客量正常状况下为310人/节，全列车载客量1860人。

表1 地铁A型车厢尺寸

1.2 分析方法

人员疏散的全过程包括探测、报警、识别、反应、疏散行动等几个过程，所需要的时间包括探测时间、报警时间、识别时间、反应时间和疏散行动时间等［2］。列车内部人员疏散所需要的总时间可以分成以下的各个时间段:

式中:td为探测时间，从火灾发生到探测出火灾的时间，s;ta为报警时间，从探测出火灾到通知人员发生火灾的时间，s;to为人员识别时间，从听到或看到火灾信号到人员意识到必须采取措施的时间，s;ti人员反应时间，从人员开始对火灾信号做出反应，进行如查看火情、收拾行李物品、召集家人等疏散前的准备，直至疏散行动开始的时间，s;te为疏散行动时间，即疏散行动从开始到结束所需的时间，包括人员移动时间和在出口的排队等候时间，s。

1)探测与报警时间(td+ta)。

对于车厢内设置有线性光束感烟探测系统，设定火灾探测时间td=60s。

地铁车厢内的人员密集，工作人员能够及时确认火灾发生、发展的情况，并发出报警，因此设定旅客列车火灾报警时间ta=30s。

2)人员识别与反应时间(to+ti)。

本项目地铁列车有广播系统，人员处于清醒状态，易于确认火灾报警并找到疏散方向，设定识别时间to=60s。

与识别阶段类似，人员反应阶段时间长短也与空间的环境状况有密切关系，从数秒到数分钟不等。地铁列车有条件通过严格有效的管理，能及时组织人员进行疏散，设定反应时间ti=30s。

3)人员疏散行动时间(te)。

人员疏散行动时间则通过疏散行动时间采用Pathfinder2009.2软件模拟确定，疏散模型选用Steering模式，步行速度设为 0.7 ～1.2m/s，路径选择为 Hierarchical。

1.3 疏散场景设定

本隧道中人员逆风向到通风侧上游，并继续通过横向疏散门向疏散通道逃生，以相邻的疏散通道作为准安全区。人员疏散选取最不利情况，将火源位置设定在最不利于逃生的第三节车厢尾处附近。若将列车前段火灾时起火位置设为第三节车厢尾处，列车后段火灾时起火位置设为第四节车厢头处，则两种情形下的人员疏散组织及路径具有对称性。假设列车位于通风区段中段第三节车厢尾处、且火源位于两横向疏散口之间，为逃生避难最大可信的位置。地铁隧道人员疏散场景设置如表2所示。

表2 地铁隧道人员疏散场景

2 人员疏散行动时间模拟结果与分析

2.1 疏散门宽度对疏散结果影响

场景SA、SB、SC的疏散行动时间如表3所示。

从表3可以看出，疏散门的宽度由0.9m增加到1.2m和1.5m时，疏散行动时间仅减小10s和13s，即疏散门宽度并未显著影响人群疏散行动时间。这是因为:从“车厢→纵向疏散平台→疏散门→疏散通道(安全区域)”整个疏散路线来看，纵向疏散平台的宽度仅为0.7m。考虑人员在行走时为保持身体的平衡而摆动两侧的手臂，因而人员在疏散平台上疏散时，要与侧壁保持一定的距离，而不是紧贴着侧壁或扶手行走。因此，可认为在纵向疏散或疏散出口的边界存在一个边界层，这一部分宽度不能被人员疏散利用，故在进行逃生计算时应扣除边界层的宽度，疏散通道或出口净宽度减去边界层宽度后的宽度称为有效疏散宽度［3］，各类通道应扣除边界层宽度如表4所示［4］。因纵向疏散外侧壁不设置栏杆，故其边界层厚度为0.15m，则疏散平台有效疏散宽度为0.55m。人群在纵向疏散上行走时，仅为一纵列，从而导致不论疏散门宽度大小，人群通过疏散门时同一时刻仅有一人通过，故其纵向疏散是整个疏散线路上的瓶颈。因此，增大疏散门宽度虽减少了边界效应的影响，使疏散门的有效宽度由0.6m(门宽0.9m 时)增加到0.9m(门宽1.2 m 时)、1.2m(门宽 1.5m 时)，但纵向疏散这个疏散“瓶颈”的存在使得疏散行动时间并未随疏散门宽度的增加而明显减小。

表3 疏散场景SA、SB、SC的疏散行动时间te比较

图2 SA～SE疏散场景示意图

图3 SF疏散场景示意图

表4 各类通道边界层的宽度值

由于疏散门的宽度越大，则其缝隙与漏风量以及制作成本越大，从通风可靠性和经济性来看，疏散门的宽度取0.9m是合理的。

2.2 疏散门间距对疏散结果影响

场景SA、SD、SE的疏散行动时间见表5。

表5 疏散场景SA、SD、SE的疏散行动时间te比较

从表5可以看出:随着疏散门间距的缩短，人群所需疏散行动时间也会减少。这是由于疏散间距减小了，使人群在纵向疏散平台上的行走距离缩短，从而减少了疏散行动时间。但并不是间距越小、疏散门越多越好，要与疏散人数匹配才能达到最好的效果，不至于能力闲置。且间距越小，门的布置数量越多，其施工成本越高，同时疏散门的漏风量也越大，故从安全和成本综合考虑，推荐取疏散门的间距为100m、门宽为0.9m，其与初步设计值相同。

3 通风有效时人员安全疏散所需时间

考虑最不利情况，模拟时设定为火灾发生在列车第3节车厢的后部，且此时两端通风有效。设每100m设一疏散门，门宽0.9m。模拟时，设定人群采用2个疏散门疏散。疏散场景SF示意如图4所示，疏散过程如图5所示，各疏散路径上的人员数量如图6所示。

图4 疏散场景SF示意图

图5 疏散场景SF各时刻人员疏散状态

图6 各疏散路径上的人员数量变化

经模拟计算，该场景下人群疏散行动时间te为1333s。人群通过车厢侧门的平均通行速率为0.38人/s，人群通过疏散门的平均通行速率为1.28人/s。且已知火灾探测时间td=60s，报警时间ta=30s，人员识别时间to=60s，人员反应时间ti=30s，则列车火灾人员安全逃生所需时间(RSET)为:RSET=td+ta+(to+ti)+te=1513s。