王松林

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢　430063)

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武漢東湖通道工程水下隧道消防設(shè)計(jì)

王松林

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063)

摘要：針對(duì)武漢東湖隧道工程特點(diǎn)，采用多種消防系統(tǒng)共同承擔(dān)東湖隧道消防體系，其中隧道車(chē)行道的暗埋段和半敞口段采用消火栓系統(tǒng)及泡沫-水噴霧系統(tǒng)，主線隧道及匝道的敞開(kāi)段采用消火栓系統(tǒng)，隧道設(shè)備間采用無(wú)管網(wǎng)超細(xì)干粉滅火，同時(shí)在隧道內(nèi)配設(shè)滅火器。重點(diǎn)闡述消火栓系統(tǒng)及泡沫-水噴霧系統(tǒng)的組成及布置、設(shè)計(jì)參數(shù)選取、設(shè)備選型。為達(dá)到噴頭均勻布水的要求，根據(jù)隧道車(chē)行道寬度不同，選擇不同噴頭按不同間距采用雙側(cè)或單側(cè)布置，滅火時(shí)啟動(dòng)1臺(tái)或2臺(tái)消防泵。另外對(duì)隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成、火災(zāi)報(bào)警設(shè)施類(lèi)型、系統(tǒng)功能等進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：東湖隧道；消防系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

武漢東湖通道工程是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的城中湖隧道工程，計(jì)劃于2014年12月建成。該工程采用隧道穿越東湖風(fēng)景名勝區(qū)，水下隧道在運(yùn)營(yíng)管理期間的通風(fēng)、照明、排水、消防等系統(tǒng)對(duì)隧道的正常運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。然而迄今為止，我國(guó)尚未制定一套全面系統(tǒng)的水下隧道消防設(shè)計(jì)及施工的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。為此，結(jié)合東湖通道工程的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)水下特長(zhǎng)隧道消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1工程概述

東湖通道工程起于二環(huán)線水東段紅廟立交，止于光谷大道虹景立交，全長(zhǎng)約12.8 km，由“橋—隧—隧—路”組成，穿越東湖核心區(qū)的隧道段長(zhǎng)7.018 km，團(tuán)成山隧道段長(zhǎng)1.264 km。東湖隧道為雙洞雙向6車(chē)道，主線寬33.8 m，隧道結(jié)構(gòu)凈空為6.10 m，最小覆土厚度1.0 m。設(shè)有3對(duì)進(jìn)出隧道的匝道，設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h；總投資達(dá)75.7億元。

隧道防洪水位按百年一遇，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，防水等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，按7度抗震設(shè)防，承重結(jié)構(gòu)體的耐火極限2 h，主體工程設(shè)計(jì)使用年限100年。

2城市水下交通隧道消防方式確定

2.1滅火劑的種類(lèi)

城市交通隧道火災(zāi)以汽車(chē)相撞引發(fā)的A、B類(lèi)火災(zāi)最為常見(jiàn)，以汽車(chē)火災(zāi)為主，而汽車(chē)火災(zāi)以油類(lèi)燃燒為主。撲滅隧道火災(zāi)的滅火劑有水、泡沫滅火劑、CO2滅火劑、干粉滅火劑等。

水是一種最常用、最廉價(jià)的滅火劑，可用于撲A類(lèi)火災(zāi)，同時(shí)還有冷卻降溫和沖淡稀釋作用。

泡沫滅火劑密度小、流動(dòng)性好、持久性和抗燃性能強(qiáng)、導(dǎo)熱性能低、黏著力大、能浮蓋在著火的液面上形成一道嚴(yán)實(shí)的覆蓋層，使液面與燃燒區(qū)隔絕，阻止燃燒進(jìn)行，主要用于撲救B類(lèi)火災(zāi)，其中水成膜泡沫滅火劑(親水泡沫滅火劑)是改性后的泡沫滅火劑，特別適用于撲滅隧道內(nèi)的汽油火災(zāi)。

干粉滅火劑是干燥微細(xì)且易于流動(dòng)的固體粉末，由無(wú)機(jī)鹽和少量的添加劑經(jīng)干燥、粉碎、混合而成的微細(xì)固體粉末組成，主要用于滅火器中。ABC干粉(磷酸銨鹽)滅火劑可用于撲救除活潑金屬外的其他各類(lèi)火災(zāi)，對(duì)火災(zāi)種類(lèi)復(fù)雜的隧道特別適用。

2.2消防系統(tǒng)的確定

針對(duì)隧道火災(zāi)的類(lèi)型、火災(zāi)燃燒階段以及火災(zāi)發(fā)生部位，常由幾個(gè)消防子系統(tǒng)共同組成隧道消防系統(tǒng)。目前城市隧道消防中常采用水消防、滅火器、氣體滅火等。

滅火器是初起火災(zāi)的重要滅火工具，因操作簡(jiǎn)單、使用方便、性能可靠，能及時(shí)撲滅隧道內(nèi)各類(lèi)火災(zāi)，是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定必備的消防設(shè)施。

在公路隧道中，水作為主要滅火劑，常設(shè)計(jì)成消火栓系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水成膜消火栓系統(tǒng)、泡沫-水噴霧系統(tǒng)等。

消火栓系統(tǒng)是成熟可靠的消防系統(tǒng)，是隧道內(nèi)、外最基本、最直接的滅火設(shè)施，可在火災(zāi)初期時(shí)滅火和防止火災(zāi)擴(kuò)大，能撲滅多種類(lèi)型火災(zāi)。

水噴霧系統(tǒng)用作控火及防護(hù)冷卻；工作性能穩(wěn)定、滅火效率高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、維護(hù)方便。

通常，撲滅交通隧道B類(lèi)火災(zāi)的固定滅火系統(tǒng)主要有水成膜消火栓系統(tǒng)和泡沫-水噴霧系統(tǒng)兩種。

水成膜消火栓系統(tǒng)是與消火栓系統(tǒng)結(jié)合工作，一般是兩股水流射向著火點(diǎn)，不設(shè)感煙、感溫探測(cè)點(diǎn)，不分區(qū)，采用手動(dòng)控制。

而泡沫-水噴霧系統(tǒng)通常由泡沫消防系統(tǒng)和自動(dòng)噴水系統(tǒng)組成。兩系統(tǒng)相互獨(dú)立，設(shè)有各自的消防加壓及管道系統(tǒng)，在雨淋報(bào)警閥后管道及噴頭共用，設(shè)有感煙、感溫探測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)分區(qū)，采用自動(dòng)、手動(dòng)控制。

泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)具有水噴霧和泡沫系統(tǒng)的共同特點(diǎn)，發(fā)揮泡沫滅火和水噴霧冷卻、控火的優(yōu)勢(shì)，具有極強(qiáng)的滅火能力，可大幅度提高對(duì)B類(lèi)火災(zāi)和A類(lèi)火災(zāi)的滅火效能，是目前較為先進(jìn)的隧道滅火系統(tǒng)。

超細(xì)干粉滅火劑常制成體積較小的滅火器使用，也有設(shè)計(jì)成管道系統(tǒng)，主要用于電氣滅火。

綜上所述，東湖隧道內(nèi)設(shè)置消火栓系統(tǒng)、泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)、滅火器裝置、超細(xì)干粉自動(dòng)滅火系統(tǒng)。團(tuán)成山隧道內(nèi)設(shè)置消火栓系統(tǒng)、滅火器裝置。

因篇幅原因，僅對(duì)東湖隧道的消防滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

3消火栓系統(tǒng)

3.1消防水源

隧道消防水源采用城市自來(lái)水，從隧道兩端的城市給水干管上各引1路自來(lái)水至洞口處的消防泵房。消防泵房處各設(shè)2座400 m3消防水池。

3.2設(shè)計(jì)原則

(1)在隧道全線(包含進(jìn)出口及中間敞開(kāi)段)和匝道全線設(shè)消火栓；

(2)一處失火，4股充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)；

(3)洞口內(nèi)消防用水量20 L/s，最不利點(diǎn)水槍充實(shí)水柱≥10 m，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3 h；

(4)洞口外消防用水量為30 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h。

3.3系統(tǒng)布置3.3.1隧道內(nèi)

(1)消火栓干管

主線隧道：從隧道兩端消防泵房分別引出2根DN200的消火栓總管，沿每孔隧道行車(chē)方向右側(cè)縱向敷設(shè)，全線貫通，形成環(huán)狀總管。

匝道內(nèi)的消防干管從主線隧道消防環(huán)管上就近接管，管網(wǎng)為枝狀。

(2)消火栓

每50 m(匝道并線段為40 m)設(shè)置暗裝消火栓箱，內(nèi)設(shè)DN65單閥單出口消火栓2個(gè)、19 mm噴嘴的水槍2支、報(bào)警、啟泵按鈕等配套設(shè)施。

(3)附屬設(shè)施

每隔5個(gè)消火栓箱設(shè)1個(gè)檢修蝶閥，最低處設(shè)排水閥，最高處設(shè)排氣閥。

3.3.2隧道外

在每座消防泵房附近均設(shè)2座消火栓水泵接合器和8座水噴霧水泵接合器，分別與消防泵房?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的水泵出水管相連；并在水泵接合器附近15～40 m范圍內(nèi)的市政管道環(huán)管上相應(yīng)設(shè)置10座室外消火栓。

在隧道口、匝道口以及隧道中間半敞開(kāi)段兩端的市政道路環(huán)管上各設(shè)置2座室外消火栓，供隧道敞開(kāi)段消防用水。

3.4計(jì)算條件及設(shè)備選型3.4.1計(jì)算條件

(1)管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量為20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3 h；

(2)最不利點(diǎn)：距隧道中部聯(lián)絡(luò)通道中最近的消火栓為最不利點(diǎn)，分別計(jì)算隧道兩端的消防泵的揚(yáng)程；

(3)消火栓栓口安裝高度：距車(chē)行道路面1.1 m；

(4)最不利點(diǎn)充實(shí)水柱≥10 m。

3.4.2設(shè)備及管材

隧道兩端消防泵房?jī)?nèi)分別設(shè)3臺(tái)消火栓泵組，2用1備，水泵性能參數(shù)為：Q=20 L/s，H=50 m，P=18.5 kW；ZW(L)-II-X-B型立式穩(wěn)壓設(shè)備1套，壓力為0.38～0.5 MPa。

消防給水管采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管，耐壓1.6 MPa。管徑>DN65溝槽式連接，余為絲扣連接，每隔200 m設(shè)不銹鋼波紋補(bǔ)償器。

3.5啟動(dòng)方式

消火栓箱內(nèi)設(shè)按鈕啟動(dòng)、泵房?jī)?nèi)手動(dòng)啟動(dòng)；控制中心遠(yuǎn)程啟動(dòng)，并顯示其啟閉狀態(tài)。

4泡沫-水噴霧系統(tǒng)

4.1設(shè)計(jì)原則

(1)東湖隧道暗埋段及濱湖廣場(chǎng)半敞口段、南岸半敞口段設(shè)泡沫-水噴霧聯(lián)用噴頭；

(2)斷面寬度大于13 m時(shí)，在斷面兩側(cè)設(shè)噴頭，余在一側(cè)設(shè)噴頭；

(3)泡沫混合液供給強(qiáng)度：6.5 L/(min·m2)，混合比為3%；

(4)泡沫連續(xù)供給時(shí)間：20 min；

(5)水噴霧供給強(qiáng)度：6.5 L/(min·m2)；

(6)水噴霧防護(hù)冷卻持續(xù)時(shí)間：1 h；

(7)最不利點(diǎn)噴頭工作壓力≥0.35 MPa。

4.2系統(tǒng)布置4.2.1消防干管

主線隧道沿每孔隧道行車(chē)方向的右側(cè)同時(shí)鋪1條DN300水噴霧干管和DN80泡沫管道，分別與兩端消防泵房各自引出2條揚(yáng)水管相連，全線貫通，各自成環(huán)。

匝道內(nèi)的消防枝狀管從主線隧道環(huán)管上就近接管。

4.2.2附屬設(shè)施

圖1　隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面消防設(shè)施布置(單位：mm)

圖2　泡沫-水噴霧系統(tǒng)

環(huán)狀總管上每隔5個(gè)消火栓箱設(shè)1個(gè)檢修蝶閥，最高處設(shè)排氣閥，最低點(diǎn)設(shè)放水閥。詳見(jiàn)圖1和圖2。

4.3計(jì)算條件及設(shè)備選型4.3.1計(jì)算條件

(1)1個(gè)保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度：主線并線段20 m，其余25 m；

(2)噴頭設(shè)置間距及位置：間距均為5 m；匝道段單側(cè)等距離布置，其余地段兩側(cè)對(duì)稱(chēng)等距離布置；

(3)消防時(shí)任意相鄰兩組分區(qū)系統(tǒng)同時(shí)作用，先噴泡沫，后改噴水噴霧，持續(xù)時(shí)間1 h；

(4)最不利點(diǎn)：距隧道中部聯(lián)絡(luò)通道中最近的一組泡沫水噴霧噴頭為最不利點(diǎn)，分別計(jì)算隧道兩端消防泵的揚(yáng)程。

4.3.2噴頭布置(表1)4.3.3設(shè)備及管材

為避免不同位置的噴頭水量相差較大，消防主泵均按3臺(tái)設(shè)計(jì)，根據(jù)失火的地點(diǎn)不同，消防泵啟用1臺(tái)或2臺(tái)。

泵房?jī)?nèi)設(shè)水噴霧泵3臺(tái)(隧道主線滅火、匝道并線段滅火、隧道匝道滅火分別啟用2、2、1臺(tái)泵)，水泵性能參數(shù)為：Q=60 L/s，H=100 m，P=90 kW；ZW(L)-II-Z-E型立式穩(wěn)壓設(shè)備1套。泵房?jī)?nèi)設(shè)泡沫泵3臺(tái)(泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)同上)、水泵性能參數(shù)為：Q=1.8 L/s，H=110 m，P=4 kW，帶電極表的氣罐1個(gè)。

表1　噴頭布置一覽

泡沫液管采用不銹鋼管，其他管材同消防給水管。

4.4控制方式

自動(dòng)報(bào)警啟動(dòng)、泵房?jī)?nèi)手動(dòng)啟動(dòng)、泡沫-水噴霧控制箱內(nèi)按鈕啟動(dòng)、控制中心遠(yuǎn)程啟動(dòng)，并顯示其啟閉狀態(tài)。

5滅火器配置

5.1滅火器類(lèi)型

由于隧道內(nèi)可能發(fā)生A、B、E類(lèi)火災(zāi)，滅火器選用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和輕水泡沫滅火器。

5.2設(shè)置要求

在隧道行車(chē)道兩側(cè)每隔50 m交錯(cuò)布置1組滅火器箱，共設(shè)滅火器756組。每組箱內(nèi)設(shè)2只5 kg磷酸銨鹽干粉滅火器和2只9 L輕水泡沫滅火器，供撲滅初期火災(zāi)使用。

6氣體滅火系統(tǒng)

隧道內(nèi)電氣室、低壓室、風(fēng)機(jī)房、弱電設(shè)備用房等位置設(shè)超細(xì)干粉無(wú)管網(wǎng)滅火系統(tǒng)，采用全淹沒(méi)滅火方式。

7火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

7.1系統(tǒng)組成

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)作為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器(控制主機(jī)及分機(jī)、區(qū)域顯示盤(pán)、信號(hào)及控制模塊)、中文彩色圖像顯示終端、火災(zāi)探測(cè)器(光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、智能光電式感煙探測(cè)器、智能型感溫探測(cè)器)、手動(dòng)報(bào)警按鈕、警鈴、電源線及信號(hào)線纜等組成。

7.2火災(zāi)報(bào)警設(shè)施

火災(zāi)報(bào)警器分為自動(dòng)報(bào)警和手動(dòng)報(bào)警。自動(dòng)報(bào)警有感溫、感光、感煙傳感器，目前使用最多的是感溫光纜。本工程隧道內(nèi)車(chē)道采用光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)；隧道內(nèi)生產(chǎn)用房采用智能光電式感煙探測(cè)器與智能型感溫探測(cè)器相結(jié)合的方式。

7.3系統(tǒng)設(shè)置

在通道內(nèi)弱電設(shè)備房間設(shè)置3臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制分機(jī)，隧道控制中心設(shè)置1臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)，通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)建立了一套集散式網(wǎng)絡(luò)化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

隧道頂部平行配置兩路探測(cè)器。在車(chē)行隧道的一側(cè)壁上，每隔40 m或50 m設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕，與滅火器、消火栓共用一個(gè)箱體。

隧道內(nèi)生產(chǎn)用房設(shè)感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器、超細(xì)干粉滅火控制系統(tǒng)等。

在隧道人行道安全門(mén)上方設(shè)聲光報(bào)警系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)，誘導(dǎo)指引人員及時(shí)疏散。

7.4系統(tǒng)功能

監(jiān)控中心可接收全路段的人工報(bào)警信號(hào)、火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警信號(hào)、消火栓按鈕及手動(dòng)報(bào)警按鈕等設(shè)備的自動(dòng)和手動(dòng)報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)加以確認(rèn)。必要時(shí)對(duì)消火栓泵、泡沫泵及水噴霧泵等進(jìn)行強(qiáng)制性直接啟動(dòng)控制(即遠(yuǎn)程控制)，并接受反饋信號(hào)。

8結(jié)語(yǔ)

水火無(wú)情，城市交通隧道火災(zāi)是難免遇到的災(zāi)難之一，一旦發(fā)生，將造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為減少災(zāi)難損失，應(yīng)重視隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，配套建設(shè)全面系統(tǒng)的隧道消防設(shè)施，保證城市交通隧道安全暢通。

綜上所述，隨著越來(lái)越多城市大型交通隧道的建造，多種消防系統(tǒng)組合運(yùn)用，對(duì)城市交通隧道尤其是水底交通隧道起到保駕護(hù)航的作用，可以大大降低火災(zāi)造成的損失，減少人員的傷亡，確保人們更安全、方便、快速地在城市間穿梭。

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The Design of Wuhan East Lake Tunnel Fire Protection System

WANG Song-lin

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063, China)

Abstract：According to the engineering characteristics of Wuhan East Lake tunnel， a multi-fire protection system is employed. Fire hydrant system and foam-water spray system are used in the buried and semi-open sections of the tunnel roadway while only fire hydrant system is designed in the opening section of the main tunnel and ramp. Pipeless ultra-fine powder fire extinguishers are equipped in the tunnel equipment room and fire extinguishers are in place along the whole tunnel. This paper focuses on the composition， arrangement， design parameters and selection of the foam-water spray system. To achieve a uniform distribution of water sprinklers， different nozzles are selected and installed in different intervals on either two sides or one side according to the width of the tunnel roadway. One or two pumps are activated accordingly during fire fighting. In additional， the composition of fire alarming system， the types of alarming facilities and the system functions are concisely explained．

Key words：East Lake tunnel， Fire protection system; Design

中圖分類(lèi)號(hào)：U453

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.022

文章編號(hào)：1004-2954(2015)04-0089-05

作者簡(jiǎn)介：王松林(1965—)，男，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：13971502528@163.com。

收稿日期：2014-11-13