梁 印
(蘇交科集團(tuán)股份有限公司,南京 210019)
隨著城市交通量的日益增長,地上交通堵塞情況加劇,地下隧道日漸興起且迅速發(fā)展。由于城市隧道結(jié)構(gòu)相對封閉,只有出入口與外界相連通,一旦發(fā)生火災(zāi),火勢會迅速向隧道出入口兩端蔓延,導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此,當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時,合理有效的消防系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期階段將其撲滅,防止火勢進(jìn)一步的擴(kuò)大。然而城市隧道包括一般下穿隧道和水下城市隧道,隧道又可分為一類、二類、三類和四類隧道[1]。不同類型的隧道所需配置的消防水系統(tǒng)不同,目前國家標(biāo)準(zhǔn)中僅GB50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018版)(簡稱《建規(guī)》)和GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(簡稱《消規(guī)》)中針對城市交通隧道消火栓系統(tǒng)布置和滅火器配置做出簡單的規(guī)定,但通過對工程案例調(diào)研發(fā)現(xiàn),常用的消防水系統(tǒng)還包括固定式水成膜系統(tǒng)、泡沫-水噴霧系統(tǒng)等,但不同消防水系統(tǒng)的適用隧道未有明確的規(guī)定,本文通過分析各消防水系統(tǒng)的滅火機(jī)理以及結(jié)合現(xiàn)有隧道工程的消防水系統(tǒng)配置,進(jìn)一步對城市隧道消防水系統(tǒng)方案選擇進(jìn)行探討,同時,由于二類城市隧道在城市中更為常見,因此本文以某二類城市隧道工程為例對消防水系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。
文章基于某二類城市隧道實際工程對消防水系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)展開探討,該隧道為雙洞單向隧道,暗埋段共910 m,暗埋段兩端通過敞開段與接地點(diǎn)連接。每個洞室橫斷面長均為12.7 m,高5.45 m,均設(shè)置3個車道,設(shè)計時速為60 km/h,僅限通行機(jī)動車,且允許通行?;奋囕v,根據(jù)《建規(guī)》中規(guī)定,該城市隧道屬于二類城市隧道。
目前所參考的規(guī)范中,均規(guī)定了允許通行危險化學(xué)品的車輛以及長度超過500 m的城市隧道需設(shè)置消火栓系統(tǒng)。然而不同規(guī)范對于其他消防水系統(tǒng)規(guī)定不同,如下:
1)《消規(guī)》[2]中規(guī)定了通行?;奋囕v的城市隧道應(yīng)加設(shè)泡沫水槍或水霧系統(tǒng)。
2)JTG D70/2—2014《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊交通工程與附屬設(shè)施》[3](簡稱《公路隧道規(guī)范》)提出了A級及以上的公路隧道必須加設(shè)固定式水成膜系統(tǒng)。
3)DG/TJ08-2033—2008[4]《道路隧道設(shè)計規(guī)范》(簡稱《道路隧道規(guī)范》)以及JTG/T 3371—2022《公路水下隧道設(shè)計規(guī)范》[5](簡稱《水下隧道規(guī)范》)規(guī)定還需設(shè)置水噴霧系統(tǒng)、泡沫-水噴霧系統(tǒng)及泡沫消火栓系統(tǒng),但并未對各消防系統(tǒng)的適用隧道長度或類型做出要求。
對于消防水系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)差異性主要表現(xiàn)在城市水下隧道室外消火栓設(shè)置間距,《消規(guī)》中規(guī)定室外消火栓距離洞口不宜小于5 m,且不宜大于40 m,而《水下隧道規(guī)范》中規(guī)定室外消火栓距離洞口不應(yīng)大于10 m。
消火栓系統(tǒng)采用的滅火劑為水,主要用于撲救A類固體火災(zāi),當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,對可燃物進(jìn)行冷卻降溫,以達(dá)到滅火的目的。因滅火劑經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便和滅火速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。
由于隧道內(nèi)每隔一段距離設(shè)置一個變形縫,為避免等距布置時消火栓箱位于變形縫處以需局部調(diào)整消火栓箱位置時而影響整體布局,在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,其布置間距可取40 m,且每個消火栓箱內(nèi)設(shè)置2個消火栓,以保證2股充實水柱能夠到達(dá)隧道的任意位置。然而針對室外消火栓設(shè)置間距的差異性,由于隧道發(fā)生火災(zāi)時,煙氣會通過洞口向外擴(kuò)散,若室外消火栓布置距離洞口較近,救援人員使用室外消火栓時將會受到煙氣擴(kuò)散的影響,造成視覺能見度降低,且高溫有毒煙氣同樣會對救援人員造成傷害,因此室外消火栓布置不宜距洞口較近,應(yīng)以不大于40 m的規(guī)定為準(zhǔn)。
水噴霧系統(tǒng)是以水作為滅火劑并以水霧滴的形態(tài)進(jìn)行噴射,然而在隧道初期火災(zāi)時,一般發(fā)生在機(jī)動車底部,水噴霧系統(tǒng)無法立即浸漬滲透至車輛著火部位,導(dǎo)致滅火速度較慢且存在火災(zāi)繼續(xù)擴(kuò)大的風(fēng)險,因此在城市隧道內(nèi)不推薦采用水噴霧系統(tǒng)進(jìn)行滅火。
該系統(tǒng)的滅火劑為泡沫,在發(fā)生火災(zāi)時噴放泡沫并附著在可燃物表面將其與氧氣隔離,以達(dá)到滅火的目的,可用于撲救隧道內(nèi)B類火災(zāi)[6],常與消火栓系統(tǒng)聯(lián)用。其通常在消火栓箱內(nèi)增設(shè)泡沫槍、泡沫比例混合器及泡沫罐等,并與消火栓共用消防供水管道,在發(fā)生火災(zāi)時,泡沫液與供水管道的有壓水混合,形成壓力不小于0.35 MPa的泡沫混合液進(jìn)行滅火,其供水量可根據(jù)《道路隧道規(guī)范》中的1 L/s設(shè)計。通??墒褂门菽鹚ㄏ到y(tǒng)撲救危化品火災(zāi),實現(xiàn)滅火。除此之外,當(dāng)城市隧道內(nèi)不允許通行?;奋囕v時,若隧道長度超過1 000 m,火災(zāi)危險性增大,需設(shè)置固定式水成膜系統(tǒng)增加消防系統(tǒng)可靠性,但由于水成膜屬于腐蝕性物質(zhì),為保證滅火劑的有效性,需不超過2年即對泡沫液進(jìn)行一次性能檢查[7],增加人工成本。若隧道長度超過3 000 m,每個消火栓箱內(nèi)均需設(shè)置泡沫罐,經(jīng)濟(jì)性較差,此時可采用泡沫-水噴霧系統(tǒng)取代泡沫-消火栓系統(tǒng)。
該系統(tǒng)是指將泡沫滅火系統(tǒng)與水噴霧滅火系統(tǒng)聯(lián)用,通過水噴霧管道及泡沫管道將水和泡沫液運(yùn)輸至隧道內(nèi)的泡沫-水噴霧閥組箱。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,先利用噴頭持續(xù)噴射不少于20 min泡沫混合液進(jìn)行滅火后,利用水噴霧進(jìn)行冷卻,防止回燃。該方式能夠在火災(zāi)初期利用泡沫快速滅火,后利用水噴霧系統(tǒng)冷卻降溫,比單一的泡沫滅火系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì),又比水噴霧系統(tǒng)更加高效,滅火可靠性高。然而泡沫-水噴霧系統(tǒng)需要在隧道內(nèi)形成2套獨(dú)立的供水及供泡沫管網(wǎng),且泡沫具有腐蝕性需要定期檢查維護(hù),成本較高。近年來常用于城市水下隧道[8-9],如南京市定淮門隧道、南京長江隧道等,同時長度超過3 000 m的一類城市隧道因其火災(zāi)危險性更大,火災(zāi)荷載更高的特點(diǎn)也應(yīng)采用泡沫-水噴霧系統(tǒng)。其參數(shù)可根據(jù)《公路隧道規(guī)范》以及《道路隧道規(guī)范》中要求設(shè)計。
常用的消防系統(tǒng)供水方式主要有市政供水和消防水池/水箱等,然而由于消防用水較為嚴(yán)格,必須滿足不間斷供水,而市政供水方式通常會存在檢修時段,此時若發(fā)生火災(zāi),則無法提供安全可靠的消防連續(xù)供水,因此本項目采用消防水池對消防系統(tǒng)進(jìn)行供水的方式。
根據(jù)《建規(guī)》中的規(guī)定,二類城市隧道的室內(nèi)消火栓用水量為20 L/s,室外消火栓用水量30 L/s,火災(zāi)延續(xù)時間3 h,固定式水成膜用水量為1 L/s。消防泵房設(shè)置于隧道一側(cè)洞口,在泵房一側(cè)設(shè)置一座總有效容積不少于550.8 m3的消防水池,并分格設(shè)置,且消防水池底面不低于消防泵房地面。
3.2.1 消防水泵設(shè)置方案選擇
對于隧道內(nèi)外消火栓泵的配置有共用消火栓泵(方案一)和分別設(shè)置隧道內(nèi)外消火栓泵(方案二,常用于地上民用建筑)2種,無論選擇哪種方案,消火栓管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)差異性不大,但方案二所需的消防泵房面積增大,增加地下建筑施工成本,同時2組消防水泵也會增加電氣控制柜、設(shè)備采購費(fèi)以及維護(hù)成本,因此本文采用隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)共用一組消火栓泵的方案。
3.2.2 泵房管線設(shè)計方案選擇
目前城市隧道的內(nèi)外消火栓共用消火栓泵時,室外消火栓大多通過一根室外消火栓管道連接至室內(nèi)消火栓環(huán)管上,但由于室外消火栓還承擔(dān)了利用水泵接合器向室內(nèi)消火栓系統(tǒng)供水的功能,因此,若將室外消火栓直接連接至室內(nèi)消火栓環(huán)管上時,則輸水路容易轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋浪亍辣梅俊鹚ü芫W(wǎng)→室外消火栓→水泵接合器→消火栓管網(wǎng)→室外消火栓”,產(chǎn)生無效循環(huán),室外消火栓無法起到向室內(nèi)消火栓輸送消防用水的功能。因此,提出一種新的管線設(shè)計方案,即隧道內(nèi)外消火栓共用消火栓泵,但在消火栓泵出水總管上分別設(shè)置獨(dú)立的室外消火栓管網(wǎng)和室內(nèi)消火栓管網(wǎng),二者分別向各自的消火栓系統(tǒng)供水。管線布置圖如圖1所示。
圖1 消防泵房管線布置平面圖(圖片為作者的設(shè)計圖,下同)
圖1給出了泵房管線布置圖,從圖中可以看出,消防水池內(nèi)儲存水經(jīng)消防泵房加壓后共用水泵出水管,在出水總管上分別引出2根DN150的室內(nèi)消火栓管網(wǎng)向室內(nèi)消火栓供水,以及2根DN200的室外消火栓管網(wǎng)向室外消火栓供水。此時,為防止室外消火栓通過水泵接合器向室內(nèi)消火栓供水時依次經(jīng)消火栓管網(wǎng)和水泵出水總管回流至室外消火栓的情況發(fā)生,本項目在消防泵房內(nèi)水泵出水總管上引出的DN150的室內(nèi)消火栓管網(wǎng)上增設(shè)止回閥,使消防水僅能由泵房向隧道單向流動,即水輸送路為“消防水池→消防泵房→室外消火栓管網(wǎng)→室外消火栓→水泵接合器→室內(nèi)消火栓管網(wǎng)→室內(nèi)消火栓”。該設(shè)計方案僅通過增加止回閥便使室外消火栓既能承擔(dān)室外火災(zāi)撲救功能,又起到了向室內(nèi)消火栓有效供水的作用,增加供水管網(wǎng)可靠性的同時又提高了經(jīng)濟(jì)性。
根據(jù)以上系統(tǒng)供水方式,可計算出共用消火栓泵揚(yáng)程和壓力,計算結(jié)果見表1。
表1 消火栓泵選型計算表
根據(jù)設(shè)備廠家提供的消防水泵樣本,本項目消防水泵選型為XBD7.9/55G-FLG,流量55 L/s,揚(yáng)程79 m,電機(jī)功率90 kW,必需氣蝕余量5.0 m。
同時,由于消防泵房位于隧道一側(cè)洞口,靠近洞口附近的室外消火栓會出現(xiàn)超壓的現(xiàn)象,因此需設(shè)置減壓閥。
室內(nèi)消火栓管網(wǎng)為DN150環(huán)狀管網(wǎng),布置在隧道行車方向右側(cè)裝飾板后方并在隧道兩側(cè)洞口成環(huán);室外消火栓管網(wǎng)為DN200支狀管網(wǎng),明敷在隧道內(nèi)裝飾板后方,敷設(shè)至隧道洞口時再埋地敷設(shè)至室外消火栓處。室內(nèi)消火栓管網(wǎng)和室外消火栓管網(wǎng)在消防泵出水總管引出管后均為獨(dú)立的管網(wǎng)系統(tǒng),且在消火栓管網(wǎng)最高點(diǎn)均設(shè)置排氣閥,最低點(diǎn)均設(shè)置泄水閥。隧道洞室內(nèi)消火栓管網(wǎng)布置橫斷面圖如圖2所示。
圖2 消火栓管網(wǎng)布置橫斷面圖
消火栓箱布置在隧道行車方向右側(cè)裝飾板后方,布置間距40 m,每個消火栓箱內(nèi)設(shè)置2個DN65消火栓,直徑19 mm水槍、25 m長DN65襯膠水龍帶各2套,消防卷盤1套、噴槍1支,消防按鈕1個及其配套閥門、管路等,一條長25 m、口徑19 mm的消防卷盤,低倍數(shù)泡沫噴槍,1套低倍數(shù)比例式混合器,30 L水成膜泡沫原液,并配置4具手提式ABC6干粉滅火器,如圖3所示。其中泡沫混合液流量不小于30 L/min,連續(xù)供給時間不小于20 min,泡沫混合液濃度為3%。泡沫-消火栓箱體內(nèi)部布置如圖3所示。
圖3 泡沫-消火栓箱布置圖
本文結(jié)合各消防水系統(tǒng)滅火機(jī)理、經(jīng)濟(jì)性及現(xiàn)有隧道消防水系統(tǒng)配置案例提出了各消防水系統(tǒng)適用隧道場景,同時基于實際工程案例提出采用消防水池供水方式時隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的設(shè)計方案。
1)為保證在隧道變形縫的影響下,消火栓箱微調(diào)后依然能夠保證2股充實水柱到達(dá)隧道任意位置,其布置間距可取40 m,且每個消火栓箱設(shè)置2個消火栓。
2)允許通行危化品車輛的城市隧道以及隧道長度超過1 000 m但不超過3 000 m的普通隧道需增設(shè)固定式水成膜滅火系統(tǒng)。泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在隧道長度超過3 000 m以及水下城市隧道中。
3)當(dāng)采用消防水池作為供水方式時,隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)共用水泵出水總管后,需分別從出水總管引出室內(nèi)消火栓管網(wǎng)及室外消火栓管網(wǎng)保證管網(wǎng)各自獨(dú)立,且應(yīng)在引出的室內(nèi)消火栓管網(wǎng)增設(shè)止回閥,同時需校核室外消火栓是否超壓,若超壓需在泵房內(nèi)與其對應(yīng)的室外消火栓引出管上設(shè)置減壓閥。