張保軍 吳鐵軍

（中交隧道工程局有限公司，重慶 400000）

1 目前國內(nèi)長大隧道滅火設(shè)施的主要配置

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長大過江隧道在沿海城市交通發(fā)揮越來越重要的作用，隧道消防系統(tǒng)安全系數(shù)的提高至關(guān)重要，不定因素的車禍、故障、火災(zāi)等因素導(dǎo)致的應(yīng)急事件，越來越影響到隧道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，見表1。

表1 國內(nèi)主要隧道里程表

目前國內(nèi)隧道主要的消防滅火系統(tǒng)主要有消火栓系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)、感溫感煙探測系統(tǒng)、火焰探測器報警系統(tǒng)、固定式水成膜泡沫滅火裝置、自動噴水滅火系統(tǒng)、固定式水噴霧系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)等。

在長大公路城市隧道發(fā)生火災(zāi)時，如果火勢較大，得不到及時控制，出現(xiàn)大量人員、車輛停滯的情況，無法前行導(dǎo)致出現(xiàn)重大安全事故，由于隧道公里數(shù)的增加以及車流量較大堵車、緩行等因素等導(dǎo)致救援到達(dá)現(xiàn)場后，已經(jīng)錯失最佳救援時間。因此，泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)的增設(shè)必不可少，泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)是泡沫閥組完成比例混合后采用噴頭噴灑至火源位置的滅火方式，它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)噴頭噴射泡沫到著火點(diǎn)部位精準(zhǔn)滅火，噴灑一定時間的泡沫滅火（不少于20min）。主要由泡沫/水噴霧噴頭、泡沫閥組箱、水噴霧泵組、泡沫泵組、穩(wěn)壓裝置、泡沫罐、控制柜和水噴霧總管等組成。該系統(tǒng)為隧道內(nèi)行駛?cè)藛T的安全逃離贏得寶貴時間，同時為隧道主體結(jié)構(gòu)提供了有利保障。以下內(nèi)容以南京揚(yáng)子江隧道為例來闡述泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用[1]。

2 滅火原理

滅火的原理和方法：隔離法滅火，隔離法滅火的基本原理就是將燃燒物體與可燃物質(zhì)進(jìn)行分離，或者是分割。燃燒無可支持物，就無法持續(xù)燃燒，然后逐漸停止；窒息滅火法，燃燒的持續(xù)需要有氧氣去助燃窒息，滅火法就是阻止氧氣空氣進(jìn)入燃燒區(qū)，將燃燒物質(zhì)與氧氣隔絕，然后使燃燒不能持續(xù)，逐漸滅火；冷卻滅火法，就是將低于火焰溫度的滅火劑直接噴灑在燃燒物上，可以使燃燒物質(zhì)的溫度降到燃點(diǎn)之下，從而使燃燒停止，最常見的就是用水滅火；抑制滅火法，就是滅火劑與可燃物質(zhì)進(jìn)行親密接觸，抑制可燃因素的產(chǎn)生，使燃燒反應(yīng)停止，最常見的就是用干粉滅火器進(jìn)行滅火。

長大公路城市隧道火災(zāi)主要是以小型汽車火災(zāi)為主要火源點(diǎn)，泡沫滅火劑采用3%AFFF 滅火劑，可以通過物理、化學(xué)作用，充填大量氣體后形成。泡沫密度遠(yuǎn)小于可燃物密度，與水按照一定比例混合后因此可以漂浮于可燃物表面，形成一個連續(xù)的泡沫覆蓋層，在降溫、冷卻、窒息、覆蓋條件下實現(xiàn)滅火作用。

3 設(shè)置泡沫水噴霧系統(tǒng)的重要性

長大雙層隧道火災(zāi)的原因主要有車輛追尾、車輛故障、自燃等，其特點(diǎn)見表2。

表2 隧道主要火災(zāi)特點(diǎn)

針對隧道火災(zāi)的原因及特點(diǎn)，常規(guī)的噴水和現(xiàn)場干粉滅火器滅火效果不明顯，影響了最佳滅火時間，主要理由：1）突發(fā)火情主要發(fā)生在行駛車輛下部或車輛車廂內(nèi)部，火焰開始時較小，遮擋火災(zāi)位置，導(dǎo)致頂部噴水效果不明顯，部分部位噴射不到等情況。2）在采用水滅火時，反而將產(chǎn)生大量水蒸汽，視線受阻且水蒸汽與濃煙的混合物比煙霧危害性更大。3）隧道距離較長，隨著行車方向存在坡度且是聯(lián)動通風(fēng)后，熱量隨著行車道方向轉(zhuǎn)移。4）濃煙層流沿著隧道頂部隨著車流量方向移動，影響到逃生及救援人員撤離及進(jìn)入現(xiàn)場；5）噴水會導(dǎo)致濃煙分開，將空氣和濃煙混合，導(dǎo)致人吸氧困難，出現(xiàn)窒息危險，嚴(yán)重威脅隧道行車中的人員自身安全。

可以在距火災(zāi)60 米范圍內(nèi)使用泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)，能夠使火勢減少，冷卻熱氣，降低火勢蔓延速度，大幅度提高其固體物質(zhì)火災(zāi)和液體火災(zāi)、可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)（如汽車輪胎和其他車載固體可燃物）的滅火效果，同時使撲救活動順利進(jìn)行，為火災(zāi)救援提供寶貴的時間。

長大雙層過江城市隧道既有消火栓系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)滅火效果有限，須在救援人員達(dá)到現(xiàn)場后采用該系統(tǒng)，且逃生區(qū)域擁擠，長大雙層過江城市隧道固有設(shè)置配置消火栓滅火系統(tǒng)和滅火器系統(tǒng)，此時選用泡沫/水噴霧系統(tǒng)滅火顯得尤為重要。

4 系統(tǒng)組成

泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)是以泡沫閥組完成比例混合后采用固定噴頭為噴灑裝置的泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)，它通過泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按一定比例混合成泡沫混合液，經(jīng)噴頭噴射泡沫到著火點(diǎn)上進(jìn)行滅火。噴灑一定時間的水噴霧泡沫液，然后再噴霧冷卻。隧道泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)由供水管路、泡沫水噴霧泵及穩(wěn)壓裝置、供水管路、泡沫泵、泡沫罐、氣壓罐、減壓閥組、檢修閥組、控制閥組、隧道專用泡沫/噴霧控制閥組、隧道專用泡沫噴霧噴頭、泡沫管路及配件以及火災(zāi)報警聯(lián)動控制系統(tǒng)等組成。

系統(tǒng)供水為穩(wěn)高壓系統(tǒng)，平時由水噴霧穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)工作壓力；泡沫泵與泡沫穩(wěn)壓罐將充滿泡沫原液的泡沫管道維持在工作壓力狀態(tài)。滅火系統(tǒng)的啟動方式為同時啟動相鄰的三個防火分區(qū)（60m）的閥組箱。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，由兩路探測器（手動報警按鈕信號、光柵光纖火災(zāi)探測自動報警信號、雙波長火災(zāi)探測自動報警信號中的兩種報警信號組合）同時發(fā)出火警信號并確認(rèn)火災(zāi)，火災(zāi)報警控制器與閥組箱之間通過輸入、輸出模塊聯(lián)動，消防聯(lián)動控制系統(tǒng)打開相應(yīng)火災(zāi)區(qū)和緊鄰車型方向兩個區(qū)閥組箱中的雨淋閥電磁閥和泡沫電磁閥，供水管道壓力下降，水噴霧主泵啟動；同時泡沫原液管道壓力下降泡沫泵工作。泡沫液經(jīng)比例混合器混合后，向火災(zāi)區(qū)域供泡沫混合液，經(jīng)專用泡沫噴頭進(jìn)行滅火；系統(tǒng)具有自動、手動、應(yīng)急啟動三種啟動方式。如隧道火情通過隧道內(nèi)的火焰探測器，或手動報警按鈕，或光纖光柵，或人工遠(yuǎn)程觸發(fā)等方式產(chǎn)生報警信號，上傳控制中心消防控制主機(jī)，待人工確認(rèn)后進(jìn)行聯(lián)動噴淋滅火。雨淋閥組的控制方式包括就地手動控制、消防聯(lián)動控制和遠(yuǎn)程手動控制等。 整個隧道發(fā)生火災(zāi)后隧道擴(kuò)禁止車輛進(jìn)入?；馂?zāi)發(fā)生時，著火點(diǎn)前后相鄰三組泡沫/水噴霧系統(tǒng)噴頭同時動作，噴射低倍數(shù)泡沫與水混合液進(jìn)行滅火，持續(xù)時間20min 左右，后改噴水噴霧冷卻，持續(xù)時間60min，保護(hù)隧道長度為60m。隧道內(nèi)泡沫水噴霧系統(tǒng)進(jìn)出水側(cè)設(shè)置壓力遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制 ，防止閥組誤噴方面帶來安全隱患。由于隧道內(nèi)泡沫水噴霧閥組每隔20 米一組，數(shù)量龐大，每臺現(xiàn)場檢修耗時長并且隧道內(nèi)車輛較大比較危險。提高在線監(jiān)測能力，減少事故處理的故障率。

閥組箱內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)測壓力源，可判斷各閥組各部件的壓力狀況，可在線判斷各閥組故障點(diǎn)。壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4-20mADC 等），以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。

設(shè)置光電水侵傳感器，可判斷各閥組是否有滲漏。便于及時維修。水浸傳感器是檢測被測范圍是否發(fā)生漏水的傳感器，一旦發(fā)生漏水，立即發(fā)出警報，防止漏水事故造成相關(guān)損失和危害。水浸傳感器廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、通信機(jī)房、發(fā)電站、倉庫、檔案館等一切需要防水的場所。

監(jiān)測各閥組的傳感器所傳輸數(shù)據(jù)所對應(yīng)的問題點(diǎn)進(jìn)行收集分析對比，對問題點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。提高事故反應(yīng)能力及故障排除能力。

長大雙層過江城市隧道泡沫/水噴霧閥組監(jiān)測系統(tǒng)的研究，包括雨淋報警閥、混合裝置、壓力監(jiān)測及控制系統(tǒng)。根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測進(jìn)口壓力及雨淋閥控制腔壓力，以到達(dá)判斷水噴霧系統(tǒng)中的壓力變化值。每組水噴霧系統(tǒng)都對應(yīng)所屬監(jiān)測系統(tǒng)，最終集中統(tǒng)一管理。每組水噴霧系統(tǒng)配置兩個壓力傳送裝置分別監(jiān)測進(jìn)口管網(wǎng)壓力和雨淋閥控制腔壓力，一個壓力開關(guān)監(jiān)測判斷雨淋閥是否開啟關(guān)閉，兩個信號蝶閥監(jiān)測閥組管網(wǎng)進(jìn)出口是否開啟關(guān)閉，兩個控制電磁閥分別控制消防水管網(wǎng)及泡沫液管網(wǎng)的開關(guān)。

在使用中，因控制腔失壓很大，造成雨淋閥開啟誤噴現(xiàn)象，管網(wǎng)壓力下降，造成雨淋閥開啟由于壓力不足，無法達(dá)到噴射效果。管道中有異物在使用中造成雨淋閥閥瓣卡阻，導(dǎo)致管網(wǎng)無法關(guān)閉持續(xù)噴射等很多問題，無法及時判斷及處理。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可及時判斷水噴霧閥組出現(xiàn)的很多問題，防止因雨淋閥控制腔壓力不足造成的管網(wǎng)誤噴現(xiàn)象，及時定點(diǎn)出勤維護(hù)?？蛇h(yuǎn)程開關(guān)進(jìn)行調(diào)試實驗，分段控制，判斷水噴霧閥組的可靠性及使用效果。在周巡檢及月巡檢中大大縮短巡檢時間。水噴霧系統(tǒng)閥組進(jìn)出水側(cè)設(shè)置壓力監(jiān)測及控制誤噴通過信號傳輸系統(tǒng)代替人工現(xiàn)場觀測，大大降低人員出勤頻率，遠(yuǎn)程壓力監(jiān)測系統(tǒng)識別判斷操作簡單，提高分析判斷問題的效率，大大縮短尋找問題的時間，及時處理問題起到很重要的因素。

5 泡沫/水噴霧系統(tǒng)布置

5.1 噴頭布置

國內(nèi)外隧道內(nèi)火災(zāi)試驗報告，火災(zāi)影響范圍一般為20m～30m，因此水噴霧噴水范圍的長度一般定為50m 左右。為考慮隧道車流量較大且存在車量起火存在移動現(xiàn)象，采用三組配合同時動作，無論何處發(fā)生火災(zāi)均在最中間，達(dá)到最佳滅火效果。設(shè)置泡沫/水噴霧總管沿隧道縱向劃分滅火分區(qū)，每區(qū)段長度為20m，每區(qū)段隧道單側(cè)側(cè)墻上部分別設(shè)置泡沫/水噴霧遠(yuǎn)近射程組合噴頭4 只，每個區(qū)段設(shè)置獨(dú)立的泡沫/水噴霧控制閥組箱（內(nèi)含雨淋閥組、比例混合器、泡沫閥組）?；馂?zāi)發(fā)生時，火災(zāi)點(diǎn)及其前后共三組泡沫/水噴霧系統(tǒng)噴頭同時動作，噴射低倍數(shù)泡沫/水噴霧滅火，持續(xù)時間滿足20min 滅火應(yīng)急時間要求，后改水噴霧冷卻，持續(xù)時間60min，有效覆蓋長度為60m[2]。

5.2 噴頭選型

根據(jù)隧道路面寬度、高度和隧道專用泡沫噴頭的設(shè)計參數(shù)選用合適的泡沫噴頭；隧道內(nèi)選用隧道專用水成膜泡沫噴頭，噴頭材質(zhì)為304 及以上不銹鋼材質(zhì)（隧道潮濕，避免銹蝕等現(xiàn)象），噴頭規(guī)格按照隧道實際情況選??；隧道路面寬度小于 9.8 米，選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數(shù)K=174，單側(cè)布置噴頭，滿足噴霧強(qiáng)度 6.5L/min·m2。 隧道路面寬度大于 9.8 米，選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數(shù)K=174，雙側(cè)布置噴頭，滿足噴霧強(qiáng)度 6.5L/min·m2；泡沫水噴霧系統(tǒng)的強(qiáng)度≥6.5L/（min·m2），泡沫混合液噴射時間為20min，水噴霧防護(hù)冷卻時間≥60min，合計作用時間≥80min。泡沫混合液的濃度在3%～4%，所有隧道專用泡沫水噴霧噴頭處的壓力不小于0.35MPa；根據(jù)現(xiàn)場實際情況最終選用選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數(shù)K=174，單側(cè)布置噴頭，最低工作壓力 0.35MPa。

綜合考慮以上因素，將保護(hù)長度定為60m，三組同時滅火，泡沫/水噴霧系統(tǒng)水量為64.8L/s，由泡沫閥組控制，利用雙波長火焰探測器的探測功能與感溫光纖有效結(jié)合，并根據(jù)監(jiān)控中心無死角覆蓋監(jiān)控，明火出現(xiàn)及溫度較高事故發(fā)生點(diǎn)位置，確定后控制任意前、后及中間三組水噴霧噴頭同時開放，這樣可有效地進(jìn)行全覆蓋，無任何遺漏盲點(diǎn)，使泡沫/水噴霧系統(tǒng)滅火系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮滅火作用，有效滅火，實現(xiàn)有效救援。

5.3 設(shè)備及管道布置

隧道共設(shè)兩處泵房，分別位于江北消防泵房和江南消防泵房。水泵選型即滿足江北端的消防泵房可供水至江北暗埋段及盾構(gòu)段約一半長度的消防用水，江南端的消防泵房可供水至江南端的各匝道及盾構(gòu)段約一半長度的消防用水，每處消防泵房均設(shè)消防泵、穩(wěn)壓泵、泡沫罐、氣壓罐等；N 線盾構(gòu)段泡沫/水噴霧系統(tǒng)的水噴霧干管為上層設(shè)置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管，S 線盾構(gòu)段泡沫/水噴霧系統(tǒng)的水噴霧干管為上層設(shè)置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管，如下圖1 所示；供水干管分別在出消防泵房后、進(jìn)入隧道前成環(huán)以及泵房供水分區(qū)的末端成環(huán)。其中兩根水噴霧干管在盾構(gòu)段的兩端，并在干管的中部約200 米設(shè)置一根聯(lián)通環(huán)管，泡沫干管在盾構(gòu)段的兩端成環(huán)，進(jìn)閥組箱通過比例混合器實現(xiàn)混合。

圖1 管道現(xiàn)場布置圖

系統(tǒng)供水管道進(jìn)入隧道的供水管前設(shè)有過濾器和控制閥信號閥和水流指示器，在系統(tǒng)供水上每200m 設(shè)置一只檢修蝶閥；消防給水管道穿越路面時應(yīng)有保護(hù)措施，穿越結(jié)構(gòu)變形縫須采取抗變形措施。為了防止極端情況下管道爆管，在系統(tǒng)供水管道上每200 米設(shè)置一套電動檢修閥，用于緊急使用，最大限度減小影響。 DN80 不銹鋼水成膜泡沫原液管道穿越結(jié)構(gòu)變形縫時，須安裝不銹鋼伸縮接頭。泡沫原液管道上每200 米設(shè)置一套檢修閥，同樣在進(jìn)入隧道的兩端泡沫原液管上設(shè)置信號閥和水流指示器等。隧道的每條隧道上、下層行車通道內(nèi)，沿縱向劃分滅火分區(qū)，間距20m 左右設(shè)置隧道泡沫/水噴霧閥組箱，沿隧道行車方向左側(cè)布置，主管道規(guī)格為國標(biāo)DN100 熱鍍鋅無縫鋼管，材質(zhì)為內(nèi)外壁熱鍍鋅無縫鋼管（內(nèi)壁先鍍鋅后涂塑以減小管損），承壓等級不小于2.5MPa，閥體采用材質(zhì)為304 及以上等級不銹鋼。每個閥組箱連接4 只泡沫水噴霧噴頭，噴頭單側(cè)布置，兩個噴頭的間距為5m。每個區(qū)段設(shè)置獨(dú)立的泡沫/水噴霧控制閥組箱（內(nèi)含雨淋閥組、比例混合器、清水電磁閥、泡沫電磁閥、壓力表、信號蝶閥等設(shè)施）。泡沫與水按照比例混合有效實現(xiàn)滅火且泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)在江南消防泵房設(shè)置10套水泵接合器，江北消防泵房水泵接合器5 套水泵接合器在突發(fā)事件中實現(xiàn)供水。在泡沫閥組箱內(nèi)設(shè)放水管，消防測試及火災(zāi)報警使用后管道及時放空，便于日常養(yǎng)護(hù)又避免了漏水事件。

6 結(jié)語

綜上所述，采用三組60 米的滅火區(qū)域有效地實現(xiàn)火災(zāi)全覆蓋，避免了火勢左右蔓延的情況且采用泡沫/水配合的方式，達(dá)到及時降溫的效果，隨著越來越多長大雙層過江城市隧道的建設(shè)越來越多，里程越來越長，泡沫/水噴霧系統(tǒng)在火災(zāi)應(yīng)急事件中發(fā)揮了重要的作用，在火災(zāi)來臨和發(fā)生時，在救援人員無法到達(dá)的時間范圍內(nèi)，可以大大減少火災(zāi)造成人員傷亡、財產(chǎn)損失；可以讓人們通行更加安全、放心、安心地行駛在便捷的道路上。