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        大直徑公軌兩用越江隧道消防設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

        2019-10-11 03:36:34林亞楠鐘運瑩
        鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 2019年10期
        關(guān)鍵詞:三陽滅火器消火栓

        林亞楠,鐘運瑩

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

        隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,以及地面交通用地限制,地下交通系統(tǒng)漸漸成為緩解城市交通壓力的一種有效措施,它具有運輸容量大、準(zhǔn)時高效、空間利用率高等特點[1]。武漢三陽路公軌兩用越江盾構(gòu)隧道屬于武漢市軌道交通7號線一期工程第八標(biāo)段,2010年開始前期研究,2013年12月開工建設(shè),是世界上首座城市道路與地鐵共結(jié)構(gòu)合建的盾構(gòu)隧道。水下公軌兩用隧道的消防設(shè)計直接影響隧道的正常使用和安全運營,但目前國內(nèi)尚未制定有關(guān)水下公軌兩用隧道防火設(shè)計規(guī)范,各項消防設(shè)計參數(shù)的確定十分困難,國內(nèi)外基本無參照的數(shù)據(jù)。以武漢三陽路越江隧道為依托,重點介紹消防系統(tǒng)設(shè)計,以期為今后類似工程提供參考。

        1 工程概況

        武漢三陽路越江隧道是我國首條公軌兩用的過江隧道,過江盾構(gòu)段全長2 590 m,線路起自漢口澳門路,斜穿長江接入武昌秦園路。隧道為雙孔圓形結(jié)構(gòu),外徑為15.2 m,分上下兩層,隧道上層為單向三車道公路,下層為地鐵。隧道斷面如圖1所示[2]。

        圖1 武漢三陽路越江隧道斷面

        隧道結(jié)構(gòu)安全等級為一級,防水等級為二級,防洪水位按百年一遇設(shè)計,承重結(jié)構(gòu)體的耐火極限為2 h,主體工程設(shè)計使用年限100年。

        2 消防方式的確定

        2.1 越江隧道火災(zāi)類型及特點

        三陽路越江隧道比較特殊,公軌兩用,火災(zāi)以A、B類最為常見[3]。

        (1)隧道長度、斷面、交通量、車型、車載可燃發(fā)展蔓延規(guī)律具有多樣性和不確定性。

        (2)隧道的相對封閉性,隧道發(fā)生火災(zāi)時,由于新鮮空氣供給不足,氣體交換不充分,產(chǎn)生不完全燃燒反應(yīng),導(dǎo)致CO等有毒有害氣體的大量產(chǎn)生,不僅降低了隧道內(nèi)的能見度,同時加大了疏散人群窒息的可能性。

        (3)隧道內(nèi)熱交換十分困難,排煙排熱差。發(fā)生火災(zāi)時煙氣聚集在隧道內(nèi),無法擴(kuò)散,使溫度驟升,較早出現(xiàn)“爆燃”,煙氣形成的高溫氣流會對人體產(chǎn)生巨大的影響。

        (4)隧道狹長,逃生徑路少,火情探測和救援困難。再加上地下工程對通訊設(shè)施的干擾較大,救援人員與指揮人員通訊聯(lián)絡(luò)困難。

        (5)人員疏散困難。隧道橫斷面小,道路狹窄,加之人員的逃生方向與煙氣的自然擴(kuò)散方向一致,煙的擴(kuò)散速度一般比人步行快,所以人員疏散很困難。

        (6)隧道消防設(shè)計需同時兼顧公路和軌道交通。

        鑒于以上水下隧道火災(zāi)特點,初期火災(zāi)應(yīng)以自救為主,配置有效的固定消防設(shè)施。

        2.2 消防系統(tǒng)的確定

        目前城市隧道消防系統(tǒng)主要包括:水消防系統(tǒng)、氣體消防系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)。水消防系統(tǒng)主要包括消火栓給水系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)。

        (1)消火栓系統(tǒng)

        消火栓系統(tǒng)是一種成熟、可靠的滅火系統(tǒng),滅火機(jī)理主要是水的冷卻作用、窒息作用、沖擊作用和稀釋作用,可在隧道火災(zāi)初期滅火及控制火災(zāi)的蔓延,能夠撲滅多種類型火災(zāi)。

        消火栓可沿隧道旁布置,其給水管徑不小于100 mm,設(shè)置間距一般為45~50 m,出水量應(yīng)以20~30 L/s為宜,每個消火栓箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置水帶40~50 m,φ65 mm的接口2個,φ19 mm的多功能水槍2支。

        (2)自動噴水滅火系統(tǒng)

        自動噴水滅火系統(tǒng),是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最為有效的自救滅火設(shè)施,是應(yīng)用最廣泛的自動滅火系統(tǒng),按噴頭的開啟形式可分為閉式噴頭系統(tǒng)和開式噴頭系統(tǒng)??紤]到隧道火災(zāi)發(fā)生時人員疏散時間和自動滅火系統(tǒng)誤動作對隧道交通的影響以及火災(zāi)具體區(qū)域確認(rèn)需要一個過程,故隧道消防不采用閉式噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)。水噴霧滅火系統(tǒng)被常用于地鐵、隧道等重要場所,在國際上得到普遍認(rèn)可和應(yīng)用,它的滅火機(jī)理主要為表面冷卻,窒息,沖擊乳化和稀釋等。

        (3)泡沫滅火系統(tǒng)

        根據(jù)泡沫滅火劑溶液發(fā)泡倍數(shù)的大小,泡沫滅火劑可以分為低倍數(shù)、中倍數(shù)和高倍數(shù)3種。發(fā)泡倍數(shù)在20倍以下稱為低倍數(shù);21~200倍的為中倍數(shù);201~1 000倍以上的為高倍數(shù)。低倍數(shù)泡沫的主要滅火機(jī)理是通過泡沫的遮斷作用,將燃燒液體與空氣隔離實現(xiàn)滅火。高倍數(shù)泡沫的主要滅火機(jī)理是通過密集狀態(tài)的大量高倍數(shù)泡沫封閉火災(zāi)區(qū)域,以阻斷新空氣的流入達(dá)到窒息滅火。因人淹沒于含有大量煙氣的高倍泡沫中,會迷失方向而無法逃生的可能性很大,故隧道常采用低倍泡沫與水噴霧組合聯(lián)用的滅火系統(tǒng)。

        泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)是在水噴霧滅火系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了泡沫液管網(wǎng)、泡沫比例混合器、供泡沫液設(shè)備和泡沫液灌等組成。泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)相互獨立[4],設(shè)有各自的消防加壓及管道系統(tǒng),在雨淋報警閥后管道和噴頭可共用,通過泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按比例混合成泡沫混合液,經(jīng)噴頭施放泡沫到著火對象上實施滅火。前期噴泡沫滅火,后期噴水冷卻防止復(fù)燃。

        (4)滅火器系統(tǒng)

        滅火器的種類很多,按其移動方式可分為:手提式和推車式;按驅(qū)動滅火劑的動力來源可分為:儲氣瓶式、儲壓式、化學(xué)反應(yīng)式;按所充裝的滅火劑則又可分為:泡沫、干粉、鹵代烷、二氧化碳、酸堿、清水等。

        隧道內(nèi)發(fā)生A類、B類、C類火災(zāi)和電器火災(zāi)的可能性都存在[5],應(yīng)選擇適用于撲救A、B、C類火災(zāi)的滅火器。磷酸銨鹽干粉滅火劑可用于撲救除活潑金屬外的其他各類火災(zāi),對火災(zāi)種類復(fù)雜的隧道特別適用。

        綜上所述,三陽路公軌兩用越江隧道消防系統(tǒng)分為公路和軌道交通兩個單獨的系統(tǒng)。公路消防采用消火栓系統(tǒng)、泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)聯(lián)用的方式,并配備氣體滅火系統(tǒng)[6];軌道交通消防采用消火栓系統(tǒng)和滅火器聯(lián)用的方式。

        3 消防系統(tǒng)的設(shè)計

        3.1 消火栓系統(tǒng)

        3.1.1 設(shè)計原則

        (1)在隧道盾構(gòu)段及暗埋、敞開段設(shè)消火栓滅火系統(tǒng),隧道出入口處應(yīng)設(shè)置消防水泵接合器和室外消火栓[7-8]。

        (2)上層公路隧道發(fā)生火災(zāi)時,應(yīng)保證4股充實水柱能夠到達(dá);下層軌道交通隧道發(fā)生火災(zāi)時,應(yīng)保證2股充實水柱能夠到達(dá)。

        (3)管道內(nèi)的消防供水壓力應(yīng)保證用水量達(dá)到最大時,最低壓力不應(yīng)小于0.3 MPa,但當(dāng)消火栓栓口處的出水壓力超過0.70 MPa時,應(yīng)設(shè)置減壓設(shè)施。

        (4)消火栓的間距不應(yīng)大于50 m,且雙面間隔設(shè)置。

        (5)上層公路隧道內(nèi)消火栓設(shè)計用水量為20 L/s,火災(zāi)延續(xù)時間按3 h;公路隧道洞口消火栓設(shè)計用水量30 L/s,火災(zāi)延續(xù)時間2 h。下層軌道交通隧道內(nèi)消火栓設(shè)計用水量為10 L/s,火災(zāi)延續(xù)時間按3 h。

        (6)隧道內(nèi)最不利點消火栓設(shè)計水壓均按φ19 mm口徑水槍充實水柱不小于10 m計算。

        3.1.2 公路隧道系統(tǒng)設(shè)置

        主線公路隧道沿每孔隧道行車方向布置DN150消火栓消防管道,與隧道兩端處消防泵房的2根DN150出水管相連,全線貫通,以形成環(huán)狀管網(wǎng)。匝道內(nèi)的消防枝狀管從主線隧道消火栓管上就近接管[9]。

        在隧道內(nèi)及隧道敞開段設(shè)置消火栓箱,單側(cè)布置,間距50 m,每只消火栓箱內(nèi)設(shè)SN65消火栓2支,φ65 mm×25 m水龍帶2盤,φ19 mm多功能水槍2支,并設(shè)能直接啟動消火栓泵的啟動按鈕。在隧道洞口處設(shè)消火栓,并設(shè)置消防水泵接合器。

        在消火栓管上每隔5組消火栓箱設(shè)1個檢修閥門,并在管段最高點設(shè)排氣閥;為保證消火栓出口壓力在0.3~0.5 MPa范圍內(nèi),在隧道最低點設(shè)置減壓閥。

        隧道內(nèi)的消火栓管采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管,直管段采用焊接或卡箍連接,與閥門的連接、彎頭及三通處采用PN1.0 MPa的法蘭連接;隧道外埋地的消火栓管采用K9球墨鑄鐵管,橡膠圈接口[10]。

        隧道水消防的水源采用武漢市城市自來水,消防泵房內(nèi)設(shè)置消防泵2臺(1用1備),單泵流量20 L/s。并且配備1套帶穩(wěn)壓泵及穩(wěn)壓罐的穩(wěn)壓系統(tǒng)以供消火栓泵組使用。

        3.1.3 軌道交通隧道系統(tǒng)設(shè)置

        軌道交通隧道引入1根DN150消火栓給水干管,沿行車方向右側(cè)布置,每隔50 m設(shè)置消火栓口。區(qū)間不設(shè)置消火栓箱,但水龍帶和水槍應(yīng)放在鄰近車站站臺端部專用消火栓箱內(nèi)[11]。

        三陽路站至武昌風(fēng)井的區(qū)間由三陽路站消防泵組負(fù)責(zé)加壓穩(wěn)壓,并在武昌風(fēng)井和漢口風(fēng)井處設(shè)置連通管,形成環(huán)狀管網(wǎng)。徐家棚站至武昌風(fēng)井的區(qū)間由徐家棚站消防泵組負(fù)責(zé)加壓穩(wěn)壓,并在武昌風(fēng)井處設(shè)置連通管,形成環(huán)狀管網(wǎng)。在進(jìn)入?yún)^(qū)間的消防管道上安裝手電動兩用蝶閥,并安裝水流指示器。下層軌道交通隧道消防分區(qū)范圍如圖2所示。

        圖2 三陽路軌道交通越江隧道消防分區(qū)范圍

        3.2 泡沫-水噴霧自動滅火系統(tǒng)

        泡沫-水噴霧自動滅火系統(tǒng)應(yīng)用于上層公路隧道內(nèi)。

        3.2.1 設(shè)計原則

        (1)在公路隧道盾構(gòu)段及暗埋段設(shè)泡沫-水噴霧自動滅火系統(tǒng),由噴頭、泡沫比例混合器、雨淋閥組、水噴霧泵、泡沫泵及泡沫罐、水噴霧管、泡沫液管等組成[12-13],采用比例為3%的水成膜泡沫液作為滅火劑。

        (2)泡沫液噴射強(qiáng)度6.5 L/min·m,作用時間30 min,水噴霧作用時間2 h[14]。

        (3)噴頭工作壓力0.35 MPa,單個噴頭流量250 L/min。

        (4)沿上層公路隧道縱向每25 m設(shè)1個滅火分區(qū),按消防時相鄰兩個滅火分區(qū)的噴頭同時作用設(shè)計,設(shè)計流量90 L/s。

        3.2.2 系統(tǒng)設(shè)置

        公路隧道主通道設(shè)2條DN250水噴霧管和2條DN70泡沫液管,互相連通以形成環(huán)狀管網(wǎng)。各匝道設(shè)1條DN250水噴霧管和1條DN70泡沫液管。每個滅火分區(qū)設(shè)1套隧道專用泡沫噴霧控制閥組,每套控制閥組含雨淋閥、泡沫比例混合器及配套閥門。

        噴頭采用SZT86-48-120型隧道專用水成膜泡沫噴頭。上層公路隧道為雙車道時,噴頭沿隧道的單側(cè)布置,布置間距5 m,沿隧道縱向25 m設(shè)1個滅火分區(qū),每個滅火分區(qū)設(shè)1排共5個噴頭;隧道為3車道或以上時,噴頭沿隧道的雙側(cè)布置,布置間距5 m,沿隧道縱向25 m設(shè)1個滅火分區(qū),每個滅火分區(qū)設(shè)2排共10個噴頭;匝道為雙車道,噴頭沿隧道單側(cè)布置,布置間距4.17 m,25 m設(shè)1個滅火分區(qū),每個滅火分區(qū)設(shè)1排共6個噴頭[15]。

        隧道內(nèi)的水噴霧管采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管,直管段采用焊接或卡箍連接,與閥門的連接、彎頭及三通處采用PN1.6 MPa的法蘭連接;隧道外埋地的水噴霧管采用K9球墨鑄鐵管,橡膠圈接口;泡沫管和泡沫混合液管采用304不銹鋼管,管徑≥DN100采用焊接或法蘭連接,小于DN100采用螺紋連接[16]。

        消防泵房內(nèi)設(shè)水噴霧泵2臺(1用1備),單泵流量90 L/s。泡沫消防泵2臺(1用1備),單泵3 L/s。各配1套穩(wěn)壓系統(tǒng)。設(shè)2座泡沫液罐,單座泡沫罐容積不小于2 m3。

        3.3 滅火器

        在隧道暗埋段和敞開段布置滅火器箱。滅火器的配置基準(zhǔn)取1 m2/B,每具滅火器最小配置滅火級別取55B[17]。

        滅火器箱沿公路隧道的雙側(cè)布置,間距25 m;匝道滅火器箱沿道路單側(cè)布置,間距25 m;在軌道交通隧道下層的疏散通道內(nèi)每間隔25 m設(shè)置掛壁式滅火器箱1組。每個滅火器箱內(nèi)設(shè)4具5 kg磷酸鹽干粉滅火器。

        3.4 設(shè)備用房滅火系統(tǒng)

        隧道工作井內(nèi)的變電所、配電間、EPS室、弱電設(shè)備室等電氣設(shè)備房間設(shè)置柜式七氟丙烷自動滅火裝置[18]。

        在進(jìn)行消防驗收時,消防部門提出工作井內(nèi)及走廊區(qū)域應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)。因此,將三陽路風(fēng)塔配套開發(fā)項目地下區(qū)域火災(zāi)報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)引入本工作井區(qū)域,流量為30 L/s,P≥0.5 MPa。

        3.5 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

        在隧道管理用房和各變電所內(nèi)分別設(shè)置1臺火災(zāi)報警控制器,控制器之間通過光纖構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。

        隧道內(nèi)采用火災(zāi)報警綜合盤和分布式感溫光纖兩種報警設(shè)備,保證無探測盲區(qū)。雙波長火災(zāi)探測器和手動報警按鈕以50 m范圍設(shè)置1組,隧道兩側(cè)交替布置,其中雙波長火災(zāi)探測器和手動報警按鈕采用分離式安裝方式,手動報警按鈕安裝于火警手報控制箱內(nèi)。另外在行車方向右側(cè)每隔50 m設(shè)置1只聲光報警器,與相應(yīng)火警手報控制箱同樁號設(shè)置。隧道入口前方龍門架上設(shè)置指示隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的聲光警報裝置。

        分布式光纖探測器在隧道頂部和兩側(cè)電纜橋架上以直線方式敷設(shè);配電房等設(shè)備用房以感煙、感溫探測器密布探測方式設(shè)置。

        消防控制室內(nèi)設(shè)置向消防部門報警的直線電話。配電房、風(fēng)機(jī)房等相關(guān)用房設(shè)置消防專用電話。

        4 結(jié)語

        隨著我國城市交通的日益發(fā)展,我國已經(jīng)成為世界上交通隧道最多的國家,伴隨而來的交通隧道火災(zāi)發(fā)生頻率逐年上升,容易造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,如何能在設(shè)計階段可以合理解決隧道的消防問題是值得探討和研究的[19-20]。

        武漢三陽路隧道作為世界上首座城市道路與地鐵共結(jié)構(gòu)合建的盾構(gòu)隧道,消防設(shè)計時兼顧了公路隧道和軌道交通隧道的消防要求,并加強(qiáng)了對工作井內(nèi)消防的重視。目前,國內(nèi)與水下過江隧道、公軌兩用隧道相配套的消防技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)并未形成完善的系統(tǒng),三陽路大直徑公軌兩用越江盾構(gòu)隧道的消防設(shè)計對以后類似工程具有重要的指導(dǎo)意義。

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