郭大敬

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

由于城市交通隧道處于一個相對封閉的環(huán)境中，交通流量大、通風(fēng)條件差、救援空間小，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢發(fā)展快、煙氣溫度高、疏散條件差、撲救難度大[1]。為保障城市交通隧道的安全運營，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)城市交通隧道的特點并結(jié)合實際建設(shè)條件設(shè)計一套安全可靠的消防給水系統(tǒng)。

目前，我國尚無專門針對隧道消防設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[2](下文簡稱《建規(guī)》)和GB50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[3](下文簡稱《消水規(guī)》)進行設(shè)計。若城市交通隧道遠離城區(qū)，其建設(shè)條件、救援條件均與公路隧道類似，還應(yīng)參考JTGD70/2-2014《公路隧道設(shè)計規(guī)范(第二冊)交通工程與附屬設(shè)施》[4](下文簡稱《公隧規(guī)》)。

1 消防給水系統(tǒng)方案

三類及以上城市交通隧道，應(yīng)設(shè)置隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)和隧道口室外消火栓系統(tǒng)，其中隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)不能采用低壓消防給水系統(tǒng)。一般城市交通隧道都會規(guī)劃配套建設(shè)市政給水管網(wǎng)，若因其遠離城區(qū)市政水源無法到達，可選擇的水源有深井水、山澗溪水、泉水等，本文主要討論有市政水源的一般情況。根據(jù)市政水源情況和場地建設(shè)條件，城市交通隧道常用的消防給水系統(tǒng)有如下幾種方案。

1.1 方案一

如圖1所示，當(dāng)市政給水管網(wǎng)無法滿足隧道口室外消火栓用水要求，則通過設(shè)置高位消防水池儲存隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)和隧道口室外消火栓系統(tǒng)所需的全部消防用水量，并在隧道口附近設(shè)置二次加壓泵房為高位消防水池補水。該方案兩個系統(tǒng)共用一套消防供水設(shè)施，因此高位消防水池容積大，消防干管管徑大，且此方案隧道口室外消火栓不能為水泵接合器供水。

1.2 方案二

如圖2所示，將2個系統(tǒng)所需的全部消防用水量分別儲存于2座高位消防水池內(nèi)，2個系統(tǒng)的供水管網(wǎng)相互獨立。該方案供水安全性比方案一高，但后期維護管理比較復(fù)雜，但此方案隧道口室外消火栓可為水泵接合器供水。

1.3 方案三

如圖3所示，當(dāng)市政給水管網(wǎng)滿足隧道口室外消火栓系統(tǒng)用水要求時，該系統(tǒng)由市政給水管網(wǎng)供給，而市政供水管網(wǎng)無法滿足隧道內(nèi)消防用水水壓要求，一次火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)消防用水量由高位消防水池提供。該方案高位消防水池容積小、消防干管管徑小。

圖1 消防給水系統(tǒng)方案一

圖2 消防給水系統(tǒng)方案二

圖3 消防給水系統(tǒng)方案三

1.4 方案四

如圖4所示，當(dāng)隧道山上由于高程問題或征地問題無法建設(shè)高位消防水池時，隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)只能采用臨時高壓給水系統(tǒng)。若市政給水管網(wǎng)無法滿足隧道口室外消火栓用水要求，該系統(tǒng)則采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)。該方案將2個系統(tǒng)全部消防用水量儲存于消防水池內(nèi)，準(zhǔn)工作狀態(tài)時隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)由高位消防水箱穩(wěn)壓、隧道口室外消火栓系統(tǒng)由穩(wěn)壓泵和氣壓水罐穩(wěn)壓，發(fā)生火災(zāi)時由消防水泵從消防水池取水滅火。該方案消防水池容積大，2個系統(tǒng)采用兩套相互獨立的加壓供水系統(tǒng)(若市政給水管網(wǎng)無法滿足高位消防水箱補水要求，還應(yīng)設(shè)置二次加壓泵進行補水)，系統(tǒng)比較復(fù)雜。

1.5 方案五

如圖5所示，由于隧道山上高程問題或征地問題無法建設(shè)高位消防水池，但市政給水管網(wǎng)滿足隧道口室外消火栓系統(tǒng)用水要求，該系統(tǒng)用水則由市政給水管網(wǎng)供給，消防水池僅儲存隧道內(nèi)消防用水量。該方案只設(shè)一套加壓供水系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單、消防水池容積小。

圖4 消防給水系統(tǒng)方案四

圖5 消防給水系統(tǒng)方案五

2 臨時高壓消防系統(tǒng)設(shè)計

2.1 案例工程概述

福清市某城市主干路，設(shè)計車速為60km/h，沿線設(shè)置一座交通隧道，采用雙洞分離式，單洞長約0.78km。該隧道呈東西走向，西側(cè)洞口設(shè)計地面標(biāo)高為33.100m，東側(cè)洞口設(shè)計地面標(biāo)高為37.500m。根據(jù)《建規(guī)》，該隧道為可通行危險化學(xué)品等機動車的二類城市交通隧道，由于征地問題，該工程無法設(shè)置高位消防水池，隧道內(nèi)、外消防給水系統(tǒng)均采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，即采用方案四。

2.2 隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)

2.2.1系統(tǒng)方案

在西側(cè)隧道口附近建設(shè)消防水池及加壓泵房一座，在山坡上設(shè)置高位消防水箱一座，系統(tǒng)準(zhǔn)工作狀態(tài)時由高位消防水箱穩(wěn)壓，發(fā)生火災(zāi)時由消防水泵從消防水池取水。該系統(tǒng)消防干管的管徑為DN150，沿行車方向右側(cè)人行道板下成環(huán)布置，每隔5個消火栓設(shè)置檢修蝶閥，最高點處設(shè)置排氣閥，最低點處設(shè)置放水閥。沿行車方向右側(cè)壁間隔50m設(shè)置消防箱，箱內(nèi)配雙閥雙出口室內(nèi)栓、消防水帶、消防水槍、報警按鈕等設(shè)施。

2.2.2高位消防水箱

《消水規(guī)》第6.1.9條第一款規(guī)定：采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的高層民用建筑、建筑總面積大于10 000m2且層數(shù)超過2層的公共建筑和其他重要建筑，必須設(shè)置高位消防水箱。除第一款外的其他建筑，可不設(shè)置高位消防水箱。

對于采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的城市交通隧道是否必須設(shè)置高位消防水箱，目前仍存在一定爭議：一種觀點認(rèn)為可不設(shè)置，理由是城市交通隧道屬于其他建筑，現(xiàn)行規(guī)范沒有城市交通隧道高位消防水箱有效容積相關(guān)規(guī)定，故當(dāng)設(shè)置高位水箱確有困難時，可采用設(shè)置穩(wěn)壓泵和氣壓水罐的穩(wěn)壓系統(tǒng)。

根據(jù)GB50156-2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》附錄B：隧道出入口屬于重要公共建筑[5]，依此，筆者認(rèn)為城市交通隧道應(yīng)定性為重要建筑，且《消水規(guī)》第6.1.9條第一款內(nèi)容是強制性條文，建議從嚴(yán)執(zhí)行。高位消防水箱的有效容積建議參照舊版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》按10min消防用水量計。該工程高位消防水箱有效容積V=20×10×60/1000=12m3。

2.2.3消防水池

根據(jù)《建規(guī)》和《消水規(guī)》，二類城市交通隧道的隧道口室外消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量和隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量分別取30L/s和20L/s，火災(zāi)延續(xù)時間取3.0h，一次火災(zāi)消防用水量V=(30+20)×3×3.6=540m3，考慮固定式水成膜泡沫滅火裝置用水量，因此設(shè)置有效容積為550m3消防水池一座，分兩格。

2.2.4消防水泵

不同規(guī)范對城市交通隧道最不利點栓口出水壓力的規(guī)定不一致：《建規(guī)》第12.2.2條規(guī)定，水槍充實水柱不應(yīng)<10m，水壓>0.50MPa應(yīng)設(shè)置減壓設(shè)施?！断?guī)》第7.4.16條規(guī)定，水壓不應(yīng)<0.30MPa，水壓>0.70MPa應(yīng)設(shè)減壓設(shè)施。不同規(guī)范之間規(guī)定不一致時，建議從嚴(yán)執(zhí)行。由于固定式水成膜泡沫系統(tǒng)和隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)共用一套供水系統(tǒng)，計算消防水泵揚程時還應(yīng)滿足其水壓要求(最不利點水壓≥0.35MPa)。

消防水泵揚程按式(1)計算：

H=k(hf+hp)+H0+100P0

(1)

式中：k為安全系數(shù)，取1.20；

hf為管道沿程水頭損失，查水力計算表：1000i=18.1；

hp為管道局部水頭損失，按hf的15%計；

H0為最不利點水滅火設(shè)施與消防水池最低有效水位的幾何高差；

P0為最不利點水滅火設(shè)施所需的設(shè)計壓力，取0.35MPa。

則,H=1.20×1.15×885×18.1/1000+5.5+100×0.35=62.61m。

故，該系統(tǒng)配置兩臺消防水泵(Q=20L/S，H=65m，N=22kW)，1用1備，當(dāng)栓口出水壓力>0.50MPa時采用減壓穩(wěn)壓消火栓。系統(tǒng)準(zhǔn)工作狀態(tài)時，由高位消防水箱穩(wěn)壓；發(fā)生火災(zāi)時，由消防水泵出水干管上的壓力開關(guān)或高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)直接連鎖啟泵。

2.3 隧道口消火栓系統(tǒng)

2.3.1系統(tǒng)方案

該工程隧道口室外消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量30L/s，根據(jù)《消水規(guī)》6.1.3條規(guī)定，該系統(tǒng)采用市政給水管供水時，應(yīng)采用兩路消防供水。由于該工程距離城區(qū)較遠且地勢較高，市政給水管網(wǎng)無法保證兩路消防供水，因此，該設(shè)計采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)。一次火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)消防用水量儲存于消防水池內(nèi)，火災(zāi)時消防水泵從消防水池取水。該系統(tǒng)消防干管的管徑為DN200，沿行車方向右側(cè)人行道板下成環(huán)布置，最高點處設(shè)置排氣閥，最低點處設(shè)置放水閥，兩側(cè)隧道口各設(shè)置2座室外消火栓(SS150/65)和2座水泵接合器(SQS150)。

2.3.2消防水泵

由《消水規(guī)》第7.2.8條規(guī)定可知，隧道口最不利點室外消火栓供水壓力應(yīng)滿足從地面算起不應(yīng)小于0.1MPa，該設(shè)計取0.1MPa。采用式(1)計算消防水泵揚程，則H=1.20×1.15×890×9.15/1000+4+100×0.1=25.24m。

故，該系統(tǒng)配置2臺消防水泵(Q=30L/s，H=30m，N=22kW)，1用1備。系統(tǒng)準(zhǔn)工作狀態(tài)時，由穩(wěn)壓泵及氣壓水罐穩(wěn)壓；發(fā)生火災(zāi)時，由消防水泵出水干管上的壓力開關(guān)直接連鎖啟泵。

2.3.3穩(wěn)壓泵及氣壓水罐

由《消水規(guī)》6.1.7條規(guī)定可知，獨立采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的室外消火栓系統(tǒng)，宜采用穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，且穩(wěn)壓泵啟泵壓力應(yīng)保證最不利消火栓栓口處的靜水壓力不小于0.17MPa。該工程消防水池最低有效水位與最不利點消火栓栓口的高差為4.5m，則穩(wěn)壓泵啟泵壓力P1≥0.17+0.045=0.215MPa，氣壓水罐充氣壓力P0=P1/β≥0.215/1.1=0.195MPa，查詢設(shè)備樣本，P0取0.24MPa，則P1=P0×β=0.24×1.1=0.27MPa，穩(wěn)壓泵停泵壓力P2=P1/0.85=0.27/0.85=0.32MPa。穩(wěn)壓泵揚程H=(P1+P2)/2=(0.27+0.32)/2=0.30MPa=30m。根據(jù)《消水規(guī)》5.3.2條規(guī)定，穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量Q=(1%～3%)×30=0.3～0.9L/s且Q≥1.0L/s，故，該設(shè)計取1.0L/s。

氣壓水罐有效儲水容積按式(2)計算：

(2)

式中：αa為安全系數(shù)，取1.2；qb為穩(wěn)壓泵的出水量，取1.0L/s (3.6m3/h)；n為每小時啟泵次數(shù)，取15次/h，計算得Vq2=0.072m3?！断?guī)》5.3.4條規(guī)定，氣壓水罐有效儲水還應(yīng)滿足Vq2≥150L，故，該設(shè)計取150L。

綜上，該系統(tǒng)設(shè)置穩(wěn)壓泵2臺(Q=1.0L/s，H=30m，N=0.75kW，1用1備)、立式隔膜式氣壓水罐1只(有效調(diào)節(jié)水容積150L)。

3 固定式水成膜泡沫滅火裝置

由《消水規(guī)》第7.4.16條規(guī)定可知，允許化學(xué)危險品運輸車輛通行且長度超過3.0km的城市交通隧道，應(yīng)配置水霧或泡沫消防水槍，其他隧道沒有相關(guān)要求。但固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置可彌補滅火器噴射時間較短的缺點，增強行車人員對初期油類流淌火災(zāi)的撲救能力，大幅降低火災(zāi)發(fā)展的幾率[6]，建議三類及以上城市交通隧道內(nèi)增設(shè)該裝置。

設(shè)計參數(shù)可參照《公隧規(guī)》和上海市、云南省等地方標(biāo)準(zhǔn)綜合確定，該工程選用混合比為3%型抗溶性水成膜泡沫滅火劑，泡沫混合液噴射時間取0.40h，最不利點供水壓力取0.35MPa。沿隧道行車方向右側(cè)壁間隔50m設(shè)置一套該裝置，并與消火栓設(shè)施共用箱體，箱內(nèi)配泡沫原液儲罐(儲量40L)、膠管、比例混合器、泡沫槍以及小型壓力表、管道過濾器、控制閥等設(shè)施。

4 結(jié)論

(1)鑒于城市交通隧道特殊性，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)市政水源情況和場地建設(shè)條件確定既安全可靠又經(jīng)濟合理的消防給水系統(tǒng)。

(2)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的城市交通隧道，應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，其有效容積建議按10min消防用水量計，并建議規(guī)范對重要建筑給出術(shù)語解釋。

(3)固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置，能增強行車人員對初期油類流淌火災(zāi)的自救撲滅能力，大幅降低火災(zāi)發(fā)展的幾率，建議三類及以上城市交通隧道增設(shè)此系統(tǒng)。

(4)不同規(guī)范對城市交通隧道消防系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)規(guī)定不一致時，建議從嚴(yán)執(zhí)行，并建議國家相關(guān)部委組織編制專門針對交通隧道消防設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)。