■ 徐延軍

1．概述

什么是水下公路隧道？凡是在河流、湖泊、海灣、海峽等水域底下開鑿的公路隧道，都叫做水下公路隧道。世界上最早的水下隧道，大約產(chǎn)生于公元前2160年，由古巴比倫人修建，是一座穿越幼發(fā)拉底河的水下隧道。這條隧道全長900 m、寬3.6 m、高4.6 m，用磚襯砌。有史學(xué)家推測，該隧道是用于軍事行動，便于騎兵和戰(zhàn)車的通過。這座距今近4 000年的水下建筑是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的用于交通的水下隧道。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國公路的建設(shè)規(guī)模在日益擴(kuò)大，尤其是公路隧道的建設(shè)已進(jìn)入一個快速發(fā)展的時期。據(jù)統(tǒng)計，截至2010年底，全國公路隧道為7 384處、512.26萬m，其中，特長隧道265處、113.80萬m，長隧道1 218處、202.08萬m。公路建設(shè)不僅要穿山越嶺，同時還要越江跨海。為了保護(hù)環(huán)境，拓展空間，人們已經(jīng)不再滿足僅僅依靠修建橋梁跨過水面。于是，水下隧道的研究和建設(shè)日益成為行業(yè)和社會關(guān)注的焦點。目前，我國已經(jīng)建成和正在建設(shè)的水下公路隧道有30余條。其中，已建成通車的跨越長江的大型隧道有武漢長江隧道、南京長江隧道、上海長江隧道等3條；已建成的跨海峽隧道有廈門翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道、香港紅袋海底隧道和香港東區(qū)、西區(qū)海底隧道等，正在建設(shè)的海底隧道有大連海底隧道等。據(jù)悉，大連到煙臺的渤?？绾Ｋ淼溃缮虾５綄幉ǖ暮贾莺彻こ?，連接香港、澳門與廣州、深圳和珠海的伶仃洋跨海工程，連接廣東和海南兩省的瓊州海峽的跨海工程，連接福建和臺灣的臺灣海峽跨海工程，都是專家們關(guān)注和論證的課題，而廣州、重慶等大城市的越江隧道工程也在積極的籌劃之中。隨著水下公路隧道數(shù)量的增加，水下公路隧道消防安全受到越來越多的關(guān)注。

2．火災(zāi)的主要原因及特點

2.1 火災(zāi)的主要原因

瑞士對1974年～2008年的800多起隧道安全事故進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)其中90 %是由人為誤操作造成的，10 %是由其他原因造成的。

2.1.1 車輛故障

車輛電氣線路短路、制動失靈、載重汽車氣動系統(tǒng)故障等引發(fā)火災(zāi)。

2.1.2 發(fā)生塌方、車輛碰撞、掛擦等意外事故

隧道內(nèi)道路狹小，能見度較差、情況又較復(fù)雜，容易發(fā)生車輛相撞事故，車輛駕駛員的違規(guī)操作，也可引發(fā)隧道火災(zāi)。

2.1.3 車輛裝載的貨物發(fā)生自燃

隧道內(nèi)通行的車輛所載貨物可能有易燃易爆物品，由于自燃物品有遇空氣自燃性、遇濕易燃易爆性、積熱自燃性等危險特性，遇明火（或熱源）可發(fā)生燃燒或自燃。

2.2 火災(zāi)的特點

從水下公路隧道管理與營運的角度來分析，隧道火災(zāi)具有以下幾個主要特點：

2.2.1 隨機(jī)性大

作為在隧道中通行的車輛，具有多樣化和隨機(jī)變化的特點，因此隧道火災(zāi)有不可預(yù)見性，致使火災(zāi)具有隨機(jī)發(fā)生的特點。

2.2.2 成災(zāi)時間短，發(fā)展快

隧道本身是一個狹長的通道，隧道內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)多數(shù)情況下都會受到縱向風(fēng)的影響，當(dāng)然火勢的發(fā)展速度也受車輛著火部位、燃燒物質(zhì)等眾多因素的共同作用。隧道火災(zāi)火勢發(fā)展快，火災(zāi)初起階段在10 min以內(nèi)，如果在初起階段未能采取很好的措施撲救，火災(zāi)會迅速發(fā)展至猛烈階段，釀成大火撲救困難。汽車起火爆發(fā)成災(zāi)的時間一般為5～10 min，并且發(fā)展過程很短；較大火災(zāi)的持續(xù)時間與隧道內(nèi)的環(huán)境有關(guān)，一般在30 min和幾個小時之間。

2.2.3 煙霧大，溫度高

由于隧道結(jié)構(gòu)物的制約和限制，近似處于密閉狀態(tài)，加之受通行隧道內(nèi)的車輛尾氣的影響，隧道內(nèi)空氣中氧含量與洞外比相對較低，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，會產(chǎn)生大量的不完全燃燒產(chǎn)物，形成濃煙迅速擴(kuò)散，因此洞內(nèi)煙霧比較大。同時，隧道內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，使得隧道內(nèi)火災(zāi)附近的溫度很快上升，通常達(dá)到幾百攝氏度甚至上千攝氏度。

2.2.4 交通中斷、救援困難

隧道發(fā)生火災(zāi)后，受煙霧擴(kuò)散的影響，會使左右隧道內(nèi)車輛的通行條件降低甚至無法通行，所以隧道一旦發(fā)生火災(zāi)，都需將左右隧道同時封閉，致使該路段交通中斷，造成極大的社會影響。隧道本身受空間所限，發(fā)生火災(zāi)后救援工作相當(dāng)困難，特別是在煙霧擴(kuò)散、火勢擴(kuò)大后，經(jīng)常只能封閉隧道，等待火災(zāi)燃燒物完全焚毀。

2.2.5 危害性大

由于隧道火災(zāi)發(fā)展速度快，撲救困難，因此在交通密度較大的隧道，往往造成巨大的人員和財產(chǎn)損失，引發(fā)較大的社會影響。

3．消防系統(tǒng)發(fā)展趨勢

從這些年的事故救援和處理中總結(jié)經(jīng)驗，并且參照目前的技術(shù)水平，隧道消防系統(tǒng)有三方面的目標(biāo)：

1．完善隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，確保及時有效發(fā)現(xiàn)火情，疏散隧道內(nèi)車輛和防止隧道外車輛涌入。

2．結(jié)合實際情況，完善隧道消防工作各項硬件設(shè)施。

3．完善隧道火災(zāi)的人員救護(hù)措施，能迅速轉(zhuǎn)移人員。

前兩方面主要依靠硬件設(shè)施與信息化技術(shù)，后一方面需要人員組織能力與硬件設(shè)施相結(jié)合。

3.1 完善技術(shù)規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在國內(nèi)，1985年發(fā)布的鐵道部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》；1989年發(fā)布的交通部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》；1992年發(fā)布的國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》（正在修訂），這些標(biāo)準(zhǔn)分別對鐵路隧道、公路隧道和地鐵的防火與疏散做了部分規(guī)定，但均不夠完善，并且都未對水下公路隧道的防火設(shè)計作出規(guī)定。

2004年，在眾多實際案例的研究基礎(chǔ)上，出版了《公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范》JTG／T D71—2004，對公路隧道消防系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)施規(guī)劃了較為詳細(xì)的布設(shè)要求。目前此規(guī)范正在進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，將原來A、B、C、D四類隧道的劃分，增加1個類別，變?yōu)?類，監(jiān)測項目中除CO指標(biāo)外，增加了NO2指標(biāo)，更加貼合目前的實際情況。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水下公路隧道工程日益增多，與之配套的消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并未形成系統(tǒng)，現(xiàn)行鐵路、公路消防規(guī)范中對水下隧道的各種消防系統(tǒng)的設(shè)置沒有明確規(guī)定，因此，必須對已建成的水下公路隧道消防系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，結(jié)合水下公路隧道的特點，選用經(jīng)濟(jì)、有效的消防設(shè)施，確定不同長度、不同等級的水下公路隧道消防設(shè)施及其關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，以滿足水下公路隧道消防設(shè)計需要，完善技術(shù)規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 二氧化氮監(jiān)測

二氧化氮（NO2）是一種棕紅色強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，它比一氧化氮（NO）毒性高4～5倍，對人體健康毒害較大?？諝庵蠳O2濃度為0.22 mg／m3時，嗅覺器官可察覺到它的存在；NO2濃度為93.45～280.37 mg／m3時，可能致人慢性肺部疾?。贿_(dá)280.37 mg／m3時可致人死亡。

通風(fēng)環(huán)境檢測設(shè)施包括VI檢測器、NO2檢測器、WS檢測器等，分別用于洞內(nèi)煙霧濃度檢測、洞內(nèi)NO2濃度檢測、洞內(nèi)外風(fēng)速風(fēng)向檢測。檢測器得到VI 和NO2濃度值，經(jīng)計算處理后，給出控制信號，直接運轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，供給必要的新鮮空氣，稀釋NO2濃度，以達(dá)到設(shè)計要求的洞內(nèi)衛(wèi)生與安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 提前預(yù)警

在加大科技投入、完善水下公路隧道消防工作各項硬件設(shè)施工作中，火災(zāi)探測器作為火災(zāi)的感覺器官，其選型的研究十分重要。

近年來，我國水下公路公路隧道主要采用3種探測器，差定溫光纖火災(zāi)探測系統(tǒng)、差定溫?zé)崦艉辖鸹馂?zāi)探測系統(tǒng)和雙波長火災(zāi)探測系統(tǒng)。

最近出現(xiàn)一種圖像監(jiān)測系統(tǒng)，采用智能圖像分析技術(shù)，分析火焰顏色、閃爍頻率、亮度變化，確定火情。優(yōu)點是檢測空間較大，可監(jiān)視100 m范圍內(nèi)，并不受明火作業(yè)、X射線、弧光等影響，最重要的可提供火災(zāi)現(xiàn)場的實時視頻，便于知道火情狀況、發(fā)展趨勢和滅火狀態(tài)，而且在傳統(tǒng)水下公路隧道視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上稍作改造就能使監(jiān)控系統(tǒng)具有火焰探測功能，避免重復(fù)投資，減小施工難度，是今后水下公路隧道探測器的發(fā)展方向。

3.4 自動化處理

在火災(zāi)初期時，就能及時發(fā)現(xiàn)并迅速滅火，就能及時控制災(zāi)情，減小受災(zāi)損失。自動預(yù)警后啟動自動消防系統(tǒng)，能最快速地處理突發(fā)火情，是目前長大水下公路隧道的發(fā)展趨勢。

自動消防系統(tǒng)中最重要的是中央控制系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)警與其他消防設(shè)施、非消防設(shè)施的聯(lián)動。尤其是對通風(fēng)控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、報警及消防系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、緊急電話標(biāo)線等12個自動化監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，水下公路隧道內(nèi)發(fā)生的異常情況可以在30 s內(nèi)由中央控制室作出應(yīng)急反應(yīng)。

在水下公路隧道發(fā)生火險時，火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)傳遞信息至中央控制系統(tǒng)，同時消防滅火系統(tǒng)自啟動滅火或由中央控制系統(tǒng)通過指令啟動消防滅火系統(tǒng)；中央控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警信息作出判斷，視情啟動火災(zāi)應(yīng)急方案系統(tǒng)和工程防火設(shè)備應(yīng)急系統(tǒng)。火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)隨時監(jiān)測火情，實時數(shù)據(jù)由中央控制系統(tǒng)處理后決定是否關(guān)閉火災(zāi)應(yīng)急方案系統(tǒng)、工程防火設(shè)備應(yīng)急系統(tǒng)和消防滅火系統(tǒng)。

3.5 水源準(zhǔn)確選用

水下公路隧道的消防用水水源對水質(zhì)沒有特殊要求，除了市政水源以外，天然水源或消防水池均可。不過，利用天然水源作為消防水源時，要采用必要的技術(shù)措施，以確保供水。

長大水下公路隧道多數(shù)位于遠(yuǎn)離市區(qū)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，市政水源難以供給，一般考慮就地取材。深井水水質(zhì)好供應(yīng)穩(wěn)定，但所需建設(shè)成本高，山澗溪流和隧道內(nèi)滲透水采集較為容易，建設(shè)成本較低。設(shè)計時因地制宜是關(guān)鍵，需要在考慮成本的同時考慮水源的可靠性。

3.6 依托信息化手段，建立智能化與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

建立險情的分類分級技術(shù)、突發(fā)重大險情救援保障技術(shù)。整合水下公路隧道應(yīng)急處理方案，建立水下公路隧道預(yù)警與安全管理決策系統(tǒng)。開展水下公路隧道火災(zāi)情況下的通風(fēng)模式、人員疏散、避險方案和消防救援方案研究；建立起一套適合我國國情的水下公路隧道火災(zāi)救援體系，以及交通事件應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)，并將防災(zāi)救援體系向水下公路隧道群聯(lián)動控制方面拓展。通過提水泵智能化運行、穩(wěn)壓泵與消防泵智能聯(lián)動、消防箱內(nèi)聲光報警以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，來實現(xiàn)消防系統(tǒng)的智能化和遠(yuǎn)程監(jiān)控，進(jìn)而減少維護(hù)工作量、節(jié)約維護(hù)成本，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。