畢秀梅

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

我國城市交通伴隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市有限的地面空間已不能滿足建設(shè)道路、拓展交通的需求，地下隧道交通工程應(yīng)運而生[1]。與之配套的消防滅火系統(tǒng)是保證隧道安全運營的關(guān)鍵設(shè)施，但目前關(guān)于城市隧道消防滅火系統(tǒng)尚無明確的規(guī)定。杭州環(huán)城北路交通隧道位于杭州市黃金地段，通過對該隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)創(chuàng)新設(shè)計的介紹，為類似工程設(shè)計提供參考。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

位于杭州市黃金地段的環(huán)城北路交通隧道工程西起中河立交和環(huán)城北路交叉口，東至艮秋立交與環(huán)城北路交叉口，項目全長2 460m。隧道分為獨立的南、北兩線，其出入口錯開式布置，南線全長1 837 m，盾構(gòu)段長1 355 m，北線全長1 800 m，盾構(gòu)段長1 275 m。隧道為雙管四車道，設(shè)計車速為60 km/h，僅限通行非危險化學(xué)品等機動車。隧道盾構(gòu)段兩側(cè)設(shè)明挖暗埋段、敞開段與道路銜接，在南北線隧道東西兩端各設(shè)一個工作井，北線隧道設(shè)1號、2號工作井，南線隧道設(shè)3號、4號工作井，隧道平面示意見圖1。

圖1 隧道平面示意

2.2 重難點分析

(1)處于城市黃金地段的交通隧道，人流、車流大，早晚上下班高峰時段，發(fā)生交通擁堵概率高。且隧道空間相對封閉、狹長、隧道橫面小。一旦發(fā)生火災(zāi)，人員及物資疏散困難[2-4]，因而隧道需同步設(shè)計消防滅火系統(tǒng)。在目前尚無具體城市交通隧道消防設(shè)計規(guī)范的情況下，為及時撲滅隧道內(nèi)初期火災(zāi)，合理、可行的消防滅火系統(tǒng)的設(shè)計，是隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計的重難點。

(2)該黃金地段交通隧道沿繁忙的環(huán)城北路下部敷設(shè)。環(huán)城北路道路紅線寬度窄、交通流量大，道路兩側(cè)建筑密度大，東河灞子橋、滬杭鐵路與本隧道交叉，環(huán)城北路下各類市政管線密布，且杭州市政府要求該隧道建設(shè)達(dá)到房屋建筑零拆除，因此對隧道消防水池進(jìn)行尋址、設(shè)計是本工程消防滅火系統(tǒng)設(shè)計的難點。

3 消防滅火系統(tǒng)設(shè)計

3.1 消防滅火系統(tǒng)方案的確定

3.1.1 消防滅火系統(tǒng)方案比選

可用于隧道內(nèi)滅火的消防系統(tǒng)有固定安裝非自動式的，如固定式水成膜系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)；有固定安裝自動式的，如泡沫-水噴霧系統(tǒng)；有非固定安裝的，如滅火器。以下對各系統(tǒng)進(jìn)行分析比選。

(1)固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)

水成膜對油類火災(zāi)滅火效果較好，滅火機理是:除泡沫對火冷卻、窒息作用外，同時還在燃燒的物體表面形成一層水膜，水膜與泡沫共同作用達(dá)到阻燃、熄火的效果。歐美在20世紀(jì)中期已將水成膜泡沫滅火劑運用于隧道工程消防系統(tǒng)中[5]。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)由泡沫噴槍、泡沫容器、比例混合器等設(shè)施組成，固定式水成膜設(shè)施與消火栓設(shè)在同一個箱內(nèi)，用水取自消火栓，共用消防給水干管及消防泵。火災(zāi)時，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(hù)膜雙重作用，達(dá)到快速滅火的效果。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)管理簡單、操作簡便。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)與消火栓共用消防干管，沿隧道縱向的消防管道僅有成環(huán)狀的二根消防干管，工程造價低。隧道內(nèi)火災(zāi)多為汽車燃油火災(zāi)，城市交通隧道建議采用固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)。

(2)消火栓系統(tǒng)

消火栓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于建筑室內(nèi)外，是一種技術(shù)成熟、運行可靠的滅火系統(tǒng)。滅火機理主要是水的冷卻、窒息、稀釋等綜合作用[6]，對A類火災(zāi)滅火效果較好。消火栓系統(tǒng)是隧道內(nèi)外最基本、最直接的滅火設(shè)施，可在火災(zāi)初期時滅火及防止火災(zāi)蔓延擴大。

(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)?；馂?zāi)時，先噴灑泡沫滅火，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，其余互相獨立。泡沫系統(tǒng)設(shè)有獨立的泡沫干管、泡沫泵，水噴霧系統(tǒng)設(shè)有獨立的水噴霧干管、水噴霧泵，泡沫干管與水噴霧干管沿隧道縱向貫通。該系統(tǒng)管道多，管道布置對空間要求高、投資大、管理維修費用高。泡沫腐蝕性強，隧道內(nèi)消防管道、排水管道有被腐蝕的現(xiàn)象。目前該系統(tǒng)多用于江、湖水底隧道[7-9]。鑒于環(huán)城北路隧道特點、消防系統(tǒng)設(shè)置的必須性及經(jīng)濟合理性，不推薦采用此系統(tǒng)。

(4)滅火器系統(tǒng)

滅火器是撲滅初期火災(zāi)的重要工具，因其操作簡單、使用方便、性能可靠，對小規(guī)?；馂?zāi)能起到重要的滅火作用?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》[10]和《公路隧道設(shè)計規(guī)范第二冊交通工程與附屬設(shè)施》[11]均規(guī)定隧道內(nèi)要設(shè)置滅火器。

3.1.2 消防滅火系統(tǒng)的確定

隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的時間和地點具有隨機性，對于行駛的機動車輛，在隧道內(nèi)任一路段皆有著火的可能性。發(fā)生火災(zāi)時，由于隧道的密閉性，無法及時進(jìn)行空氣交換，因缺氧燃燒產(chǎn)生CO等有毒有害氣體，可能會導(dǎo)致司乘人員窒息、死亡。因而城市交通隧道消防主要原則是司乘人員作為滅火主體撲滅初期階段火災(zāi)。正常消防階段及特大火災(zāi)的特殊階段，是由城市消防人員使用消防車撲滅火災(zāi)。結(jié)合以上消防滅火系統(tǒng)比選結(jié)果，環(huán)城北路交通隧道消防滅火系統(tǒng)采用:固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)+消火栓系統(tǒng)+滅火器三個消防系統(tǒng)的組合。

3.2 消防滅火系統(tǒng)的具體設(shè)計

3.2.1 固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)+消火栓滅火系統(tǒng)設(shè)計

(1)消防泵房優(yōu)化設(shè)計

目前隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計主要規(guī)范依據(jù)是《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 5006—2014)和《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50974—2014)，這兩本規(guī)范均規(guī)定“隧道內(nèi)宜設(shè)置獨立的消防給水系統(tǒng)”。對于水消防滅火系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置幾套供水系統(tǒng)，沒有明確規(guī)定。杭州環(huán)城北路交通隧道水源采用市政自來水，市政自來水供水管徑、供水壓力值不能滿足隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)和固定式水成膜泡沫系統(tǒng)用水要求，需設(shè)消防水池和消防泵房加壓供隧道內(nèi)消火栓和固定式水成膜泡沫系統(tǒng)。消防泵房有兩種設(shè)計方案:方案一，在隧道一端設(shè)一座消防泵房供全部隧道固定式水成膜+消火栓系統(tǒng)；方案二，隧道兩端各設(shè)一座消防泵房。筆者認(rèn)為方案二屬較優(yōu)設(shè)計方案，原因是:由于該隧道長2 460m，縱斷面為V型，隧道兩端各設(shè)一座消防泵房，將隧道消防給水系統(tǒng)分成兩個相對獨立的系統(tǒng)，以隧道中間最低點為分界，每座消防泵房服務(wù)的消防管道長度按設(shè)一座消防泵房時消防管道長度的一半計算，這樣消防系統(tǒng)水頭損失小，因而所需消防泵揚程小，消防管網(wǎng)壓力及閥門等附屬設(shè)施壓力等級低，工程造價及維護(hù)成本小，且兩座消防泵房對隧道消防供水安全保障性更強。在該隧道兩端的2號工作井及3號工作井內(nèi)各設(shè)一座消防泵房。2號工作井消防泵房設(shè)消火栓泵(Q=25 L/s，H=55 m，N=30.0 kW)2臺(1用1備)、3號工作井消防泵房設(shè)消火栓泵(Q=25 L/s，H=57 m，N=30.0 kW)2 臺(1用1備)，各配一套穩(wěn)壓系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)設(shè)置

在每孔隧道敞開段、暗埋段、盾構(gòu)段單側(cè)設(shè)置固定式水成膜、消火栓共用的消防箱，間距50 m。每只消防箱內(nèi)設(shè)DN65單頭單閥消火栓2個、25 m水龍帶2盤、DN19水槍2支、30 L泡沫液容器罐，軟管長度大于25 m軟管卷盤1盤、負(fù)壓式比例混合器、泡沫噴槍、報警啟泵按鈕1個等。主要設(shè)計參數(shù)為:水成膜泡沫混合液流量≥30 L/min，泡沫噴槍射程≥6 m，泡沫混合液連續(xù)供給時間20 min，隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量為20 L/s，水成膜泡沫滅火裝置用水量為1 L/s，最不利點充實水柱≥10 m，消火栓栓口距車行道高度1.1 m。消火栓栓口出水壓力大于0.5 MPa時，設(shè)減壓閥。

自隧道兩端的2號、3號工作井消防泵房內(nèi)消火栓泵出水管上各引2根DN150消防干管，沿暗埋段及盾構(gòu)段管廊鋪設(shè)，敞開段埋地鋪設(shè)。消防干管在南、北隧道貫通且成環(huán)，消防環(huán)狀管網(wǎng)上每隔5個消火栓設(shè)置1只檢修閥，在消防干管最高點設(shè)排氣閥、最低點設(shè)排泥閥，管道穿越結(jié)構(gòu)縫、變形縫及一定長度直管段設(shè)置伸縮器。消防管道采用鍍鋅鋼管，管徑大于 DN65的采用溝槽連接，小于等于DN65的采用絲扣連接。固定式水成膜系統(tǒng)+消火栓系統(tǒng)見圖2。

圖2 固定式水成膜+消火栓系統(tǒng)

3.2.2 滅火器

隧道內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)多為A、B類火災(zāi)和帶電火災(zāi)，磷酸銨鹽干粉滅火劑可用于撲滅除活潑金屬外的各類火災(zāi)，滅火器選用手提式磷酸銨鹽滅火器。在隧道敞開段、明挖暗埋段及盾構(gòu)段的兩側(cè)每隔50 m設(shè)一只滅火器箱，交錯布置，每只箱內(nèi)設(shè)置4具4 kg裝的磷酸銨鹽滅火器[12]。

4 消防水池的創(chuàng)新設(shè)計

2號、3號工作井消防泵房各配置一座容積為300 m3消防水池，國標(biāo)圖集中單座消防水池尺寸約為14 m×7 m×3.5 m(長×寬×高)。該隧道位于杭州市中心寸土寸金的黃金地段，隧道兩側(cè)地塊內(nèi)的市政設(shè)施、建筑已建成使用多年，且規(guī)劃沒有為隧道設(shè)施預(yù)留用地。消防水池征地困難，消防水池對位置要求嚴(yán)苛，為保證消防泵吸水效果，規(guī)定消防泵房與消防水池的距離不宜大于50 m。若在消防泵房附近征地設(shè)消防水池，影響隧道附近地塊的整體利用及美觀。經(jīng)對隧道結(jié)構(gòu)研究分析，臨近工作井的隧道明挖暗埋段，隧道頂距地面約5.5 m，沿明挖暗埋段至敞開段方向，隧道頂距地面的高度逐漸減小。經(jīng)計算該空間體積可以滿足消防水池容積要求，深度可滿足消防水泵自灌的規(guī)范規(guī)定。利用該部位設(shè)消防水池，充分利用了明挖暗埋段隧道頂部至地面的空間，且方便管理。水池底板與隧道頂板共用結(jié)構(gòu)、水池一面池壁與工作井井壁共用結(jié)構(gòu)，節(jié)省投資。該設(shè)計方案，一方面取得了美化城市的社會效果，另一方面水池直接工程投資節(jié)省約200萬元，且省去了工程征地費，同時使得城市土地利用最大化。該項設(shè)計屬本工程獨創(chuàng)，是隧道消防工程類的創(chuàng)新。創(chuàng)新設(shè)計的消防水池見圖3。

圖3 創(chuàng)新設(shè)計的消防水池

5 結(jié)束語

地處城市黃金地段的杭州環(huán)城北路交通隧道消防滅火系統(tǒng)建成運行至今，效果良好，維護(hù)費用低、管理簡單，受到工程參建各方贊譽，榮獲中國勘察設(shè)計協(xié)會2019年度優(yōu)秀市政工程設(shè)計三等獎。有以下體會:

(1)城市黃金地段交通隧道消防水池與隧道共建，具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。

(2)采用水消防滅火系統(tǒng)的二類及以上長大隧道，在隧道兩端各設(shè)一座消防泵房，提高了消防系統(tǒng)供水安全性。

(3)消火栓系統(tǒng)、固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)及滅火器組合的消防滅火系統(tǒng)，可保護(hù)城市交通隧道消防安全，大大降低火災(zāi)造成的損失。