畢 秀 梅

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

在快速發(fā)展的經(jīng)濟帶動下，我國城市隧道交通工程也突飛猛進。但與之配套的給排水、消防系統(tǒng)的設計，國內(nèi)尚無具體的規(guī)范規(guī)定。關(guān)于城市二類隧道給排水及消防研究較少，而該類工程又很多，設計合理、經(jīng)濟、完善的排水及消防系統(tǒng)對隧道交通運營至關(guān)重要。筆者結(jié)合某城市交通隧道設計案例，對城市二類交通隧道排水及消防系統(tǒng)方案、關(guān)鍵參數(shù)進行探討。

1 工程概況

該城市隧道東西走向，長1 980 m，屬二類城市交通隧道，單層雙孔，盾構(gòu)施工，分別在東西兩端各設一座工作井，盾構(gòu)段長1 260 m，盾構(gòu)直徑11.3 m，隧道設計車速為60 km/h，僅限通行非危險化學品等機動車。隧道盾構(gòu)段兩側(cè)設明挖暗埋段與道路銜接。隧道平面示意圖見圖1。

2 隧道消防系統(tǒng)設計

2.1 消防系統(tǒng)方案分析

汽車油箱、駕駛室、行李或貨物等是城市交通隧道發(fā)生火災的主要部位，火災類型一般為A，B類[1]?；馂奶攸c主要表現(xiàn)為：行駛中的車輛導致火災發(fā)生的時間和地點均具有隨機性；因隧道密閉，火災時升溫快，大部分火災在起火后10 min即可達到很高的溫度；火災時，因燃燒缺氧產(chǎn)生的有毒有害氣體，可能會導致司乘人員窒息、死亡；隧道橫斷面小、狹長，救援人員疏散困難。結(jié)合火災特點，以下對各類可用于隧道的消防系統(tǒng)進行分析，以確定適用于城市二類隧道的合理、經(jīng)濟、可行的消防滅火系統(tǒng)。

2.1.1水成膜泡沫滅火系統(tǒng)

火災時水成膜除具有一般泡沫滅火劑的冷卻和窒息作用外，還能在燃燒體表面形成一種水膜，水膜與泡沫層共同封閉燃燒液體表面，隔絕空氣，阻止可燃液體繼續(xù)燃燒。對油類火災，水成膜泡沫滅火系統(tǒng)能較好的控火、滅火。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)與消火栓系統(tǒng)聯(lián)合工作，泡沫噴槍、泡沫容器、比例混合器等水成膜設施與消火栓設在同一個箱內(nèi)，水成膜用水取自消火栓，與消火栓共用消防給水干管及消防泵?；馂臅r，水成膜泡沫滅火劑通過泡沫混合裝置與水混合后，輸出的泡沫混合液經(jīng)泡沫噴槍產(chǎn)生滅火泡沫，靠泡沫和保護膜雙重作用，達到快速滅火的效果，水成膜泡沫不與水混合時有效期可長達8年。固定水成膜泡沫系統(tǒng)管理簡單、操作簡便，一般司乘人員就能使用。若采用該系統(tǒng)，僅需在消火栓箱內(nèi)放入水成膜設施，通過一根DN25金屬管與消火栓連接，消防干管、消防泵、報警設施等均與消火栓共用，工程投資少、管理簡單、維護運行費用低。隧道內(nèi)火災多以汽車油類火災居多，城市二類隧道內(nèi)宜設置固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)，以便及時撲滅初期火災。

2.1.2消火栓系統(tǒng)

水是一種常用、廉價且經(jīng)濟的滅火劑，可用于撲滅A 類火災。水在溫度升高時，可以吸收大量的熱，能有效地降低燃燒物質(zhì)和周圍物質(zhì)的溫度，撲滅火焰、阻止燃燒。對于二類及以上隧道，《建筑設計防火規(guī)范》[2]和《公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施》[3]規(guī)定消火栓是必備的消防設施。故城市二類隧道內(nèi)應設消火栓系統(tǒng)，用于撲滅初期火災，防止火災擴大。

2.1.3泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)

泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)是由泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)組成、噴頭為共用噴灑裝置的系統(tǒng)，火災時，先噴灑一定時間的泡沫滅火，然后再噴水霧冷卻。除泡沫水噴霧閥組箱至噴頭段為泡沫系統(tǒng)與水噴霧系統(tǒng)共用外，其余部分完全獨立，泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)均各自設有獨立的泡沫干管、泡沫泵及水噴霧干管、水噴霧泵，兩套系統(tǒng)的干管平行沿隧道縱向貫通，且在隧道內(nèi)成環(huán)。該系統(tǒng)需較大空間布置管道系統(tǒng)，管道多、泵多，所需投資大，且管理維修費用高。平時泡沫干管內(nèi)充滿水成膜，須定期更換。水成膜具有腐蝕性，滴、漏及消防時有腐蝕給排水管道的風險。該系統(tǒng)自動操作，需配置監(jiān)測、報警、自動響應啟動等復雜的自控系統(tǒng)?，F(xiàn)該系統(tǒng)多用于江、湖、海等的水底隧道[4-6]，如南京長江隧道、武漢東湖隧道、揚州瘦西湖隧道等水底隧道設置了泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)。鑒于城市二級隧道位于城市內(nèi)，以撲滅初期火災自救為主，同時考慮經(jīng)濟性，不推薦采用此系統(tǒng)。

2.1.4水噴淋系統(tǒng)

水噴淋滅火系統(tǒng)是由開式或閉式噴頭、傳動裝置、噴水管網(wǎng)、濕式報警閥等組成。發(fā)生火災時，啟動噴淋泵噴水滅火。隧道相對封閉、空間小，初期火災一般發(fā)生在車廂內(nèi)部、下部，在頂部噴水滅火效果不佳。在高溫火焰上噴水，不但不會撲滅火焰，還有可能使煙霧層向下移動，降低隧道內(nèi)能見度，影響現(xiàn)場人員的救援、疏散。因而城市交通隧道不建議采用此消防系統(tǒng)。

2.1.5滅火器[7]

滅火器操作簡單、使用方便、滅火性能可靠，一般司乘人員就會使用，是撲滅初期小規(guī)?；馂牡闹匾ぞ??！督ㄖO計防火規(guī)范》《公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施》規(guī)定城市隧道需設置滅火器，并對滅火器的設置作了原則規(guī)定。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，因而城市二級隧道內(nèi)推薦采用手提式磷酸銨鹽滅火器。

2.2 消防系統(tǒng)設計

由于城市二類隧道位于城市內(nèi)，發(fā)生火災時消防隊接到報警趕赴現(xiàn)場時間短，同時根據(jù)隧道火災特點，消防系統(tǒng)設計立足于以司乘人員可以使用滅火設施來控制、撲滅初期火災為目的?；馂闹衅诨虼蠡馂臅r以城市專業(yè)消防隊員和消防車為主體進行消防。結(jié)合以上消防系統(tǒng)分析，城市二類隧道消防滅火系統(tǒng)采用固定式水成膜消防系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、滅火器三種消防系統(tǒng)組合的消防系統(tǒng)。

2.2.1固定式水成膜、消火栓消防系統(tǒng)

1)系統(tǒng)設置。

隧道消防水源采用城市自來水，市政供水管徑、供水壓力不能滿足隧道消防直供用水要求，需設消防加壓泵房。該隧道兩孔，消防管道沿隧道縱向鋪設，管線長，為減少管道沿程損失，以降低消防泵揚程及節(jié)省能耗、降低部分消防管道壓力，保證消防供水安全，在東、西工作井內(nèi)各設一座消防泵房。東工作井消防泵房設消火栓泵(Q=21 L/s，H=53 m，N=30.0 kW)2臺(互為備用)、西工作井消防泵房設消火栓泵(Q=21 L/s，H=56 m，N=30.0 kW)2臺(互為備用)，每座消防泵房內(nèi)設穩(wěn)壓設備一套。緊鄰消防泵房各設一座有效容積300 m3消防水池，儲存消火栓與水成膜一次消防最大用水量。

固定式水成膜系統(tǒng)依附于消火栓系統(tǒng)取水，沿每孔隧道單側(cè)間隔45 m設一座水成膜與消火栓共用的消防箱，箱內(nèi)設單閥單頭DN65消火栓2個、DN19水槍2支、30 L泡沫液罐1個、泡沫噴槍、負壓式比例混合器、報警按鈕1個、水帶及報警器。

自隧道兩端的工作井消防泵房內(nèi)各引出兩根DN150消防干管與隧道內(nèi)消防環(huán)狀管網(wǎng)連接。隧道內(nèi)DN150消防干管沿隧道明挖暗埋段及盾構(gòu)段管廊鋪設，敞開段埋地鋪設。消防干管在兩孔隧道貫通且在隧道兩端連接成環(huán)，消火栓通過DN65支管與隧道內(nèi)DN150消防干管連接，消防環(huán)狀管網(wǎng)每隔5個消防箱設1個檢修閥，管網(wǎng)最高點設排氣閥、最低點設排泥閥，遇隧道結(jié)構(gòu)縫處設伸縮節(jié)，消防管道采用鍍鋅鋼管。

2)設計參數(shù)。

固定式水成膜泡沫混合液流量不小于30 L/min，射程不小于6 m，泡沫混合液連續(xù)供給時間20 min，水成膜泡沫滅火裝置用水量為1 L/s；隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量為20 L/s，隧道洞口外消火栓用水量為30 L/s，火災延續(xù)時間3 h；最不利點消火栓水槍充實水柱不小于10 m；消火栓栓口距車行道高度1.1 m。消火栓、水成膜消防箱示意圖見圖2，消火栓、水成膜系統(tǒng)圖見圖3。

2.2.2滅火器配置

在每孔隧道行車道兩側(cè)每隔50 m設一只滅火器箱，交錯布置，每只箱內(nèi)設置4具4 kg裝的磷酸銨鹽滅火器，供撲滅初期火災使用。

2.2.3工作井內(nèi)設備用房滅火系統(tǒng)

工作井內(nèi)通風機房、弱電機房、民用通信機房、變電所、消防泵房內(nèi)設氣體滅火系統(tǒng)，采用全淹沒柜式超細干粉滅火裝置，超細干粉滅火設計濃度C=0.12 kg/m3,單位體積超細干粉設計量為：M=(1+δ1)CK1K2。其中,δ1=0.1，C=0.12 kg/m3，K1=1.5，K2=1.1，則M=0.217 8 kg。根據(jù)《建筑滅火器配置設計規(guī)范》，工作井內(nèi)風機房、弱電設備室、民用通信設備室、變電所及消防泵房均屬于E類火災場所，設手提式磷酸銨鹽滅火劑；城市隧道屬于中危險級，最大保護距離20 m(A類)，單具滅火器最小配置滅火級別為2A，單位滅火級別最大保護面積為75 m2。

3 隧道排水系統(tǒng)設計

3.1 廢水排水系統(tǒng)

1)系統(tǒng)設置。

隧道內(nèi)廢水主要來源：正常情況下為沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水、雨天車輛行駛帶進隧道內(nèi)的雨水等；在發(fā)生火災時廢水的主要來源為消防廢水，即隧道內(nèi)水成膜廢水和消火栓消防廢水。由于消防時廢水中含有泡沫液，廢水泵房廢水須排入市政污水管網(wǎng)，經(jīng)市政污水處理廠處理后排放。

根據(jù)高水高排、低水低排的原則，隧道最低點設廢水泵房，東、西工作井內(nèi)各設一座廢水泵房。最低點廢水泵房排水有兩種設計方案，方案一：最低點廢水泵房直接將廢水抽升出隧道，排至地面污水管網(wǎng)；方案二：最低點廢水泵房的廢水就近排入東工作井廢水泵房，經(jīng)工作井廢水泵房轉(zhuǎn)輸至地面的污水管網(wǎng)。綜合分析，方案二較優(yōu)：這樣最低點廢水泵房潛污泵揚程小、能低耗、節(jié)省了工作井至地面雨水檢查井之間的壓力排水管長度。故該隧道設計采用方案二。隧道最低點廢水泵房內(nèi)設自動攪勻潛污泵(Q=40 m3/h，H=43 m，N=15 kW)3臺，2用1備；東、西工作井廢水泵房內(nèi)均各設自動攪勻潛污泵(Q=40 m3/h，H=28 m，N=7.5 kW)3臺，2用1備。廢水泵房控制方式采用集水池內(nèi)水位控制、手動啟動、控制室遠程啟動。

2)設計參數(shù)。

盾構(gòu)段結(jié)構(gòu)滲入水為5.7 m3/d，明挖段結(jié)構(gòu)滲漏水：10.0 m3/d(1號)、8.5 m3/d(2號)、9 m3/d(3號)、6.0 m3/d(4號)、消火栓與水成膜廢水21 L/s。

3.2 雨水排水系統(tǒng)

1)系統(tǒng)設置。

雨水排水系統(tǒng)是確保隧道雨天安全運營的保障。該隧道由敞開段、明挖暗埋段和盾構(gòu)段三部分組成，雨水排水系統(tǒng)排除的是敞開段至接線道路駝峰點之間的雨水，由雨水收集系統(tǒng)、雨水泵房組成。在隧道出入口各設一座雨水泵房，在暗埋段與敞開段交界處設置兩道橫截溝，攔截雨水進入雨水泵房集水池。泵房內(nèi)設潛污泵，將雨水提升后排入雨水管網(wǎng)。在隧道出入口雨水泵房內(nèi)均各設自動攪勻潛污泵(Q=250 m3/h，H=15 m，N=22 kW)3臺，2用1備。雨水泵房控制方式采用集水池內(nèi)水位控制、手動啟動、控制室遠程啟動，所有泵的啟閉狀態(tài)均在控制室內(nèi)顯示。

2)設計參數(shù)。

暴雨重現(xiàn)期決定雨水設施規(guī)模、排水能力，目前關(guān)于城市交通隧道敞開段暴雨重現(xiàn)期，國內(nèi)尚無相關(guān)規(guī)范規(guī)定。GB 50014—2006室外排水設計規(guī)范(2016年版)[8]第3.2.4B條規(guī)定：特大城市內(nèi)澇防治設計重現(xiàn)期為50年～100年；GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范[9]第14.3.1條規(guī)定：隧道洞口的雨水泵站的排水能力，應按當?shù)?0年一遇的暴雨強度計算；歐盟推薦地下鐵路/地下通道設計內(nèi)澇重現(xiàn)期為50年。綜上，為確保雨天隧道運行安全，降低隧道積水、車陷雨水的風險，敞開段出入口宜按50年一遇的暴雨強度計算。雨水量計算暴雨強度公式：

其中，i為設計暴雨強度，mm/min；P為設計重現(xiàn)期，年；t為降雨歷時，t=t1+t2，min；t1為地面集水時間；t2為管渠內(nèi)雨水流行時間,min,t2=0。

計算得：q=3.949 34 mm/min。

隧道雨水設計流量Q=Ψ·i·F。

其中，Ψ為徑流系數(shù)，Ψ=0.9；F為匯水面積,hm2。

雨水泵房設計流量取雨水計算流量的1.2倍，雨水泵房集水池的有效容積取最大1臺排水泵5 min～10 min出水量。

4 結(jié)語

城市隧道出口少、空間小、封閉性強，設置合理、經(jīng)濟的給排水及消防系統(tǒng)，是保障城市交通隧道安全運營關(guān)鍵。城市二類交通隧道消防采用固定水成膜泡沫滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、滅火器的組合消防系統(tǒng)，可有效撲滅隧道內(nèi)各類初期火災、降低火災造成的損失。

最低點廢水泵房的廢水通過工作井轉(zhuǎn)輸模式，能耗低，投資少；敞開段出入口雨水泵房按50年一遇的暴雨強度計算，雨水泵房集水池的有效容積取最大1臺排水泵5 min～10 min出水量。