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        寒冷地區(qū)某交通樞紐地道消防設計

        2019-03-06 07:58:02
        城市道橋與防洪 2019年2期
        關鍵詞:工程系統(tǒng)

        閆 鵬

        (上海市政工程設計有限公司,上海市 200092)

        0 引言

        近年來隨著城市化進程的推進,越來越多的城市開始建設集航空、城際鐵路、城市軌道交通、公路交通、城市道路交通(含出租車、小客車、公交巴士等)于一體的大型綜合交通樞紐。大型交通樞紐的建設不僅可以為人們的出行提供便利,也成為推動城市經(jīng)濟增長的強大引擎。立體交通樞紐的構建通常離不開交通地道,一個大型交通樞紐往往會包含數(shù)條城市交通地道,如何合理規(guī)劃系統(tǒng)布局是消防設計的重點之一。另外,北方寒冷地區(qū)冬季氣溫往往低于0°C,地道消火栓系統(tǒng)的防凍問題也是消防設計的重點。目前國內(nèi)尚無針對性的規(guī)范,因此需要設計者結合項目具體情況,采取合理的設計方案,最大限度地杜絕事故隱患,同時減少工程投資。文本將結合實際工程,探討某交通樞紐交通地道消防設計思路。

        1 工程概況

        該工程位于既有烏魯木齊地窩堡機場以及以北改擴建工程區(qū)域內(nèi),根據(jù)道路設計方案,在擬建機場和既有機場范圍內(nèi)的進場通道、飛行區(qū)等區(qū)域內(nèi)新建10條地下通道。除5#地道外其余地道封閉段均采用單洞雙孔箱形截面,標準斷面采用雙向2~6車道。地道內(nèi)嚴禁通行危險品貨車。各地道布置如圖1所示。各地道暗埋段長度見表1。

        圖1 地道總體布置圖

        表1 地道基本參數(shù)表

        由于該工程地道數(shù)量較多,位置相對分散,如果每條地道單獨設置消防泵房,勢必造成極大的浪費。另外,地道大部分路段均位于機坪下方,機坪地面不允許設置泵房疏散出口,因此泵房無法設置在機坪下方,只能設置在機坪以外區(qū)域。綜合以上因素,本著供水可靠、投資節(jié)約的原則,該工程共設置兩座消防泵房。如圖1所示,消防泵房A設置于6#地道西側洞口外,為1#、2#、3#及6#地道供水;消防泵房B設置于4#地道與8#地道之間,為4#、5#、7#和8#地道供水。兩座泵房內(nèi)各設置一座有效容積為220 m3的消防水池。

        2 地道消火栓系統(tǒng)設計

        2.1 消防水源及用水量

        烏魯木齊機場整個場區(qū)設有室外加壓供水系統(tǒng),由給水加壓泵站及給水管網(wǎng)組成。給水加壓泵站設置于機場工作區(qū),近期規(guī)模為2.2萬m3/d,最高時用水量為1 800 m3/h,供水壓力不小于0.28 MPa。該工程地道室外消火栓用水就近接自機坪室外消火栓管網(wǎng)或市政給水管網(wǎng),供水流量不小于30 L/s,動壓不小于0.10 MPa。該工程地道室內(nèi)消防用水由1#、2#消防泵房供水,每座泵房均從場區(qū)市政給水管上引入一根DN150給水管,引入管上設置低阻力倒流防止器。

        根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)(以下簡稱“建規(guī)”)第12.1.2條與第12.2.2條,該工程中各條地道分類及消火栓用水量見表2。9#、11#地道為四類地道,可不設室內(nèi)消火栓系統(tǒng),僅設置建筑滅火器。

        表2 地道消防用水量表

        2.2 地道室內(nèi)消火栓系統(tǒng)

        該工程地道室內(nèi)消防給水系統(tǒng)采用穩(wěn)高壓系統(tǒng),供水能力按所在隧道一次火災消防用水量考慮。綜合考慮地道的平面布置,分兩座泵房分別供水。消防泵房A為1#、2#、3#及6#地道供水,泵房內(nèi)設消防水泵房,內(nèi)設消火栓泵(20 L/s,0.95 MPa,45 kW,一用一備)兩臺、消火栓增加穩(wěn)壓設備一套及消防水池一座(有效容積220 m3)。消火栓增壓穩(wěn)壓設備包括消火栓穩(wěn)壓泵(5L/s,0.55 MPa,7.5 kW,一用一備)兩臺、氣壓給水罐(有效容積300 L)一只及其他相關配件。消防泵房B為4#、5#、7#和8#地道供水,泵房內(nèi)設消防水泵房,內(nèi)設消火栓泵(20 L/s,0.78 MPa,37 kW,一用一備)兩臺、消火栓增加穩(wěn)壓設備一套及消防水池一座(有效容積220 m3)。消火栓增壓穩(wěn)壓設備包括消火栓穩(wěn)壓泵(5 L/s,0.55 MPa,7.5kW,一用一備)兩臺、氣壓給水罐(有效容積300 L)一只及其他相關配件。

        消火栓箱均勻布置于地道側壁內(nèi),設置間距不大于50 m,最不利點消火栓的供水壓力不應小于0.30 MPa。消火栓箱內(nèi)設DN65單出口消火栓兩只,配置一支?19 mm水槍,襯膠水龍帶(水龍帶長度25 m,直徑65 mm),附設消防軟管卷盤(長度為30 m)、消防按鈕,安裝時要求消火栓口距離檢修通道1.1 m。

        地道內(nèi)消防干管敷設在檢修道下方管溝內(nèi),并在洞口及洞內(nèi)每隔500 m處連通形成環(huán)狀管網(wǎng)。消火栓管道沿線最高點設置自動排氣閥,最低點設置泄水閥,每隔5個消火栓箱設檢修閥門。當消火栓栓口出水壓力大于0.5 MPa時,采用減壓穩(wěn)壓消火栓。

        烏魯木齊市位于新疆中部,冬季寒冷漫長,屬于嚴寒地區(qū)。因此該工程的難點在于地道內(nèi)消火栓系統(tǒng)的保溫與防凍。對于嚴寒地區(qū)消火栓系統(tǒng)的防凍設計,通常有以下三種措施:電伴熱保溫、放水保溫和干式消火栓系統(tǒng)。三種措施的優(yōu)缺點比較見表3。

        表3 三種防凍措施比較

        烏魯木齊地處歐亞大陸腹地,氣候干旱,水資源匱乏,另根據(jù)地質(zhì)勘查報告,該工程50 m勘察深度范圍內(nèi)未見地下水,因此放水保溫措施不適用于此工程。

        根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》(GB 50974—2014)第7.1.6條,干式消火栓充水時間不應大于5 min,管道流速不宜大于2.5 m/s,計算得最遠供水距離為750 m。該工程3#、4#、6#、7#、8#地道長度均遠超750 m,因此不宜采用干式消火栓系統(tǒng)。另外考慮到3#、4#、6#、7#、8#地道交通量較大,且位于機坪下方,一旦發(fā)生火災,滅火不及時造成的影響大,所以采用保溫效果好,響應及時的電伴熱保溫措施,保證系統(tǒng)內(nèi)水溫不低于5℃。該工程1#、2#、5#地道長度均小于500 m,可以滿足5 min內(nèi)系統(tǒng)充滿水的要求,為了節(jié)約投資及運行維護費用,采用干式消火栓系統(tǒng)。

        3 保溫電伴熱設計

        3#、4#、6#、7#、8#地道采用電伴熱方法防凍,其做法是在管道及設備表面纏繞發(fā)熱電纜,外側再包裹保溫材料絕熱層、防潮層和保護層。利用發(fā)熱電纜對管道及設備進行加熱,以補償消防水在低溫環(huán)境下的熱量損失。發(fā)熱電纜的啟動及關閉由溫控器來控制,當探測點溫度低于設定值時,發(fā)熱電纜啟動,維持管道與設備溫度不低于5℃,避免消防水被凍結。

        為了提高保溫效果,避免保溫層被外力破壞,該工程地道消防干管布置在消防管溝內(nèi)。保溫材料選用泡沫橡塑,外包0.5 mm厚的鋁合金保護層,做法如圖2所示。

        圖2 地道管溝內(nèi)消防水管保溫示意圖

        電伴熱計算如下:

        式中:QB為管道散熱量,W/m;T0為需要電伴熱維持的水溫,即管道表面溫度,取5℃;Ta為極端平均最低環(huán)境氣溫,取-38℃;λ為絕熱材料導熱系數(shù),W/(m·℃);D1為絕熱層內(nèi)徑,mm;D2為絕熱層外徑,mm;αs為絕熱層外表面向周圍環(huán)境的放熱系數(shù),取11.63W/(m2·℃);1.3為安全系數(shù);tm為絕熱層內(nèi)外表面溫度的算術平均值,℃;f為保溫材料修正系數(shù),泡沫橡塑取1.23;QTB為管道實際散熱量,W/m。

        電伴熱的具體設計需要結合廠家的產(chǎn)品規(guī)格進行,此次計算僅依據(jù)國標圖集03S401對散熱量、用電功率進行估算。管道外裹保溫層厚度越大,所需電伴熱功率越小,但是受地道斷面限制,管道保溫層厚度不能太大。該項目根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗,保溫層厚度取50 mm。為了便于計算,將地道按200 m長度劃分計算單元,每個單元包含的管道如下:DN150鋼管200 m,DN65鋼管17 m。通過計算得知,DN150鋼管實際散熱系數(shù)QTB=33.0 W/m,DN65鋼管實際散熱系數(shù)QTB=18.5 W/m。可選用105 m長的恒功率電熱帶4根,每根功率1 785 W。按此可計算得各條地道用電功率見表4。

        表4 地道電伴熱用電功率計算表

        4 干式消火栓系統(tǒng)設計

        4.1 干式消火栓系統(tǒng)特點及其分類

        干式消火栓系統(tǒng)的特點是快速啟閉裝置后的配水管網(wǎng)內(nèi)不充水,火災發(fā)生后由火災報警系統(tǒng)或者消火栓箱內(nèi)的消防按鈕開啟快速啟閉裝置和快速排氣閥,將配水管網(wǎng)內(nèi)的空氣迅速排出,同時管道充水,轉換成濕式系統(tǒng)。干式消火栓系統(tǒng)可以分為以下三種:

        (1)手動干式系統(tǒng)。系統(tǒng)管道為干式,系統(tǒng)不設固定式消防泵等給水設施,火災發(fā)生后,系統(tǒng)消防用水由消防車內(nèi)的消防泵通過水泵接合器供給,這種系統(tǒng)對市政水源及市政救援的消防車要求較高。

        (2)半自動干式系統(tǒng)。系統(tǒng)入口處設有雨淋閥、電動閥或電磁閥等快速啟閉裝置。快速啟閉裝置后的配水管網(wǎng)內(nèi)不充水,火災發(fā)生后由消火栓箱內(nèi)的消防按鈕或者火災自動報警系統(tǒng)開啟快速啟閉裝置向系統(tǒng)內(nèi)充水,轉換為濕式系統(tǒng)。系統(tǒng)設置固定式消防供水設施,可以滿足消防所需的流量與壓力。

        (3)全自動干式系統(tǒng)。系統(tǒng)快速啟閉裝置采用干式報警閥,報警閥后的管道內(nèi)平時充滿壓縮空氣。開啟消火栓閥門后,報警閥開啟,同時聯(lián)動快速排氣閥前的控制閥開啟,將系統(tǒng)內(nèi)的空氣迅速排出并充水,繼而向開啟的消火栓供水滅火。系統(tǒng)設置固定式消防供水設施,可以滿足消防所需的流量與壓力。

        手動干式系統(tǒng)供水需要等消防車到達后才能開始,響應速度慢,工程中較少采用。全自動干式系統(tǒng)需要額外設置一套氣體增壓設備,系統(tǒng)復雜,初期投資及維護成本高,設計中較少采用。半自動干式系統(tǒng)響應速度較快,系統(tǒng)簡單,明顯優(yōu)于全自動干式系統(tǒng),因此設計中應用較多。綜合以上分析,該工程1#、2#、5#地道采用半自動干式消火栓系統(tǒng)。

        4.2 干式消火栓系統(tǒng)設計

        該工程1#、2#、5#地道的干式消火栓系統(tǒng)由室外消火栓、消火栓水泵接合器、雨淋閥、室內(nèi)消火栓、配水管道、快速排氣閥、泄水閥及分段控制閥組成。系統(tǒng)工藝如圖3所示。

        圖3 干式消火栓系統(tǒng)示意圖

        干式消火栓系統(tǒng)的設計流量與壓力除了要滿足正常的消防工況要求外,還需要滿足充水時間不大于5 min。因為1#、2#、5#與其他地道合用消防泵,消防泵的設計流量取各條地道流量最大值,即20 L/s。所以按照20 L/s的充水流量計算得各地道充水時間見表5,可以滿足規(guī)范要求。

        表5 干式消火栓系統(tǒng)參數(shù)表

        干式消火栓系統(tǒng)的響應速度比濕式系統(tǒng)慢,因此規(guī)范要求消火栓系統(tǒng)應優(yōu)先采用濕式系統(tǒng)。為了提高干式消火栓系統(tǒng)的響應速度,該工程在非冰凍季節(jié)采用干濕交替運行的方式,即當春季、夏季和秋季室外氣溫高于0℃時雨淋閥常開,使閥后管道內(nèi)充滿水,濕式運行;當室外氣溫低于0℃時,復位雨淋閥,并排空閥后管道內(nèi)的消防用水,消火栓系統(tǒng)干式運行。

        5 結語

        本文結合具體案例討論了嚴寒地區(qū)城市交通地道消火栓系統(tǒng)設計方案及防凍措施,在設計中應根據(jù)實際情況合理選擇設計方案,使得系統(tǒng)既能滿足火災時快速滅火的要求,又能節(jié)省工程造價。以下是幾點設計體會:

        (1)對于含有多條地道的大型交通樞紐,應結合地道的平面布置及周邊場地環(huán)境,在滿足消防要求的前提下,合用消防泵房,節(jié)約投資與運行管理費用。

        (2)寒冷地區(qū)地道消防系統(tǒng)應合理選擇防凍措施,當采用濕式系統(tǒng)式,應盡可能將消防干管設置在消防管溝內(nèi),提高保溫效果,同時避免保溫層受到外力撞擊損壞。保溫層的厚度應結合地道斷面尺寸和電伴熱能耗統(tǒng)籌考慮。

        (3)通過對幾種類型的干式消火栓系統(tǒng)進行比較,寒冷地區(qū)地道消防采用半自動干式消防系統(tǒng)較為合理。干式系統(tǒng)設計時,除了做好消防工況下的設計外,還需要校核管道充水時間與水泵流量,保證不超過規(guī)范要求的充水時間。

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