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。