钱江隧道连接嘉兴、杭州和绍兴市，是长三角都市圈高速公路网规划、浙江省公路交通规划所确定的公路主骨架的重要组成部分，在区域公路网中有极其重要的作用，它的建成将沟通钱塘江南北两岸，连接沪杭高速、杭浦高速、杭甬高速、杭绍甬高速，为各条高速公路之间的相互连接提供一条快速通道。

隧道外径15.43 m，采用盾构法技术施工，双向两管6车道，车道宽度组为(2×3.75+3.5)m，车道净高5.0 m，为世界上最大直径的盾构法隧道之一。隧道设计速度80 km/h，隧道全长4 450 m，其中江中盾构段长达3 200 m，仅次于庆春路隧道(长5 352 m)。

对于跨海越江水底长或超长隧道，隧道对火灾的防控措施及火灾下人群的疏散救援能力，将对隧道的安全运营尤其重要。因此，国内外针对隧道火灾的分析及安全控制研究也较为广泛^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]}，研究主要侧重于基于火灾试验的隧道结构损伤研究和火场状态分析研究，以及基于数值模拟的火场温度、烟气流蔓延和人群疏散模拟研究等。文献^[10]分析了传统建筑火灾疏散逃生设计理论的缺陷，针对公路隧道的空间特点，提出了改进的疏散时间计算模型。文献^[11]基于风险管理规范相关规定，采用Monte Carlo随机数值试验方法对疏散逃生设计进行了模拟分析，并对火灾工况下人员逃生风险等级与逃生距离的关系进行了分析。

隧道火灾的疏散能力与隧道逃生通道的设置模式有着最直接的关系，本文针对钱江隧道工程的特点，结合文献^{[10, 11]}的研究成果，采用随机性模拟分析的方法，分析研究不同隧道逃生通道设置模式下的疏散可靠性，从而可以为钱江隧道设计和逃生方案确定提供有效的数据支撑和科学支持。

目前，公路隧道常采用的逃生通道设置模式有3种：横向、纵向及横纵结合模式。

(1) 逃生通道横向设置模式

逃生通道横向设置模式即是指横通道逃生，如图 1所示，火灾发生时，两管主隧道及时封闭禁止通行，疏散人员由横通道进入非事故隧道至安全区。

图 1 横通道设置模式Fig. 1 Connect passage mode

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(2) 逃生通道纵向设置模式

逃生通道纵向设置模式即是通过滑梯或消防楼梯到达车道板下的安全通道进行疏散和消防救援，如图 2所示。

图 2 纵向逃生模式Fig. 2 Vertical escape mode

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(3) 逃生通道横纵结合设置模式

逃生通道横纵结合设置模式即是充分利用纵横两种模式的优点，采用大间距横通道+滑梯/楼梯相结合的方式进行疏散逃生和消防救援，如图 3所示。

图 3 纵横结合逃生模式Fig. 3 Vertical-horizontal integrated escape mode

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火灾疏散逃生设计的本质是使得火场可用安全疏散时间T_ASE大于逃生需用安全疏散时间T_RSE。

文献^[10]通过分析，提出改进的公路隧道需用安全疏散时间计算模型，如式(1)所示，为火灾疏散的随机性模拟计算提供了方便。

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文献^[11]采用Monte Carlo随机数值试验方法，对公路隧道火灾疏散逃生进行随机性仿真模拟，得出了较为重要的分析结果。

基于前述研究成果，编制程序MCA Ver 2.0，针对钱江隧道工程的特点，进行火灾疏散的模拟分析。

钱江隧道初步设计中，江中盾构段共设置3条人行横通道，平均间距约为811 m，同时，每管隧道内每隔80 m设置一处逃生滑梯，每隔240 m设置一处救援楼梯，属于纵横结合的逃生通道设置模式。

逃生通道方案的确定，需综合考虑众多影响因素，且许多因素无法定量进行分析，这导致了方案决策往往存在较大难度，钱江隧道逃生通道的设置方案，在隧道方案论证和设计过程中一直存在着争议，这也是许多越江长公路隧道共同存在的问题。

本文对钱江隧道火灾疏散的分析，分别对目前公路隧道逃生通道常采用的3种模式进行分析，从通道疏散的可靠性角度为方案决策提供某种参考。

隧道模型根据钱江隧道的实际情况，隧道长度取工作井间距3.245 km，隧道直径取15 m，车道宽度组成为(2×3.75+3.5)m，左右侧余宽0.25 m，左侧向宽度0.5 m，右侧向宽度0.75 m。

疏散人群荷载参考浙江省交通流量预测数据，并考虑从更广义角度分析疏散可靠性问题，人群荷载N分别取800，1 000，1 300，1 500人，这4种情况进行分析。

可用安全疏散时间T_ASE从最不利工况角度进行分析，不考虑排烟道排烟等有利因素，依据《道路隧道设计规范》^[12]取T_ASE=15 min。

根据3.1节对模拟分析参数的定义，分别对3种逃生通道设置方案进行模拟分析，包括：(1)横通道方案；(2)滑梯纵向逃生方案；(3)横通道+滑梯纵向逃生综合方案。分析结果如下：

(1) 人员荷载为800时

从图 4(a)可以看出，当横通道间距小于526 m时，失效概率小于0.000 1；当横通道间距介于[526,560]m时，失效概率增长缓慢，较为稳定，介于[0.000 1,0.001]；当横通道间距大于560 m时，失效概率增长加速，拐点在(634,0.01)位置。

图 4 横通道间距与疏散失效概率对应关系曲线Fig. 4 Connect passage spacing vs. evacuation failure probability

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(2) 人员荷载为1 000时

从图 4(b)可以看出，当横通道间距小于520 m 时，失效概率小于0.000 1；当横通道间距介于[520,557]m时，失效概率增长缓慢，介于[0.000 1,0.001]；当横通道间距大于557 m时，失效概率增长加速，拐点在(633,0.01)位置。

(3) 人员荷载为1 300时

从图 4(c)可以看出，当横通道间距小于499 m 时，失效概率小于0.000 1；当横通道间距介于[499,512]m时，失效概率增长缓慢，较为稳定，介于[0.000 1,0.001]；当横通道间距大于512 m时，失效概率增长加速，拐点在(567,0.01)位置。

(4) 人员荷载为1 500时

从图 4(d)可以看出，当横通道间距小于465 m 时，失效概率小于0.000 1；当横通道间距介于[465,475]m时，失效概率增长缓慢，较为稳定，介于[0.000 1,0.001]；当横通道间距大于475 m时，失效概率增长加速，拐点在(519,0.01)位置。

人员荷载分别为800，1 000，1 300，1 500时，滑梯口间距与疏散失效概率对应关系曲线如图 5所示。

图 5 滑梯口间距与疏散失效概率对应关系曲线Fig. 5 Escape slide spacing vs. evacuation failure probability

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由图可以看出，纵向逃生方案在不同人员荷载下，滑梯口间距与疏散失效概率对应关系曲线与横通道方案下的曲线形状差异较大，曲线向上弯曲，疏散失效概率随滑梯口间距的变化较为敏感，通过计算可知，滑梯+楼梯纵向逃生方案的疏散失效概率较高，即使在通道间距极小的情况下，疏散失效概率也均大于0.001。

根据钱江隧道逃生通道的设置方案，横通道间距为811 m，滑梯口间距为80 m，救援楼梯口间距为240 m，当人员荷载分别为800，1 000，1 300，1 500时，逃生需用疏散时间分布如图 6所示，疏散失效概率分别为0，0，0.004 5，0.07。

图 6 逃生个体需用疏散时间分布图Fig. 6 RSET distribution of escaping individual

图选项

(1) 基于改进的公路隧道需用安全疏散时间RSET计算法，采用Monte Carlo随机数值试验方法，可实现对钱江隧道火灾人群疏散的随机性仿真模拟，进而可计算分析不同疏散逃生方案的疏散可靠性。

(2) 不同疏散逃生方案下，不同疏散逃生人群荷载时，疏散逃生的失效概率各不相同，其中，不同疏散逃生方案对应的疏散失效概率相差较大。

(3) 横通道逃生方案由于通道口疏散流量较大，因此，通道间距与疏散失效概率间的对应关系较为明确，基本呈线性变化；当疏散人群荷载增加时，相同疏散失效概率下，需要更小的通道设置间距；通道间距在400～600 m间变化，这与国内外横通道间距的常用取值也较为一致。

(4) 滑梯逃生方案，其通道间距与疏散失效概率间的对应关系曲线呈非线性变化，从模拟疏散过程分析，由于滑梯的通道疏散流量较小，因此，在通道口较易形成堵塞，堵塞则会加剧人群的非理性流动和疏散的混乱，从而会进一步加速疏散失效的形成。

(5) 横通道+滑梯纵向逃生综合方案基于钱江隧道横通道初步设计方案进行分析，从分析结果看，当人群荷载较小时，疏散具有较高的成功率，当人群荷载较大时，疏散失效概率会增加。

(6) 基于钱江隧道模拟结果分析，从疏散可靠性角度评价，不同疏散逃生方案的疏散可靠性排名为：横通道方案 > 横通道+滑梯方案 > 滑梯方案。

(7) 公路隧道火灾疏散逃生方案的决策，涉及结构变形稳定、施工风险、抗震稳定性和工程造价等多方面因素。而且，疏散逃生模拟涉及人员逃生心理、行为及疏散策略等较多不确定性因素，因此，本文研究给出的不同方案的可靠性比较并非逃生方案的决策建议，而只是给方案决策从某个角度提供参考，火灾疏散可靠性最高的并不一定是最佳的逃生方案，还需要综合评估，这也是本文有待于进一步研究的问题。