特長公路隧道消防給水系統設計探討

彭錦志

（長沙科銳消防工程技術有限公司，湖南 長沙 410004）

特長公路隧道消防給水系統設計探討

彭錦志

（長沙科銳消防工程技術有限公司，湖南 長沙 410004）

隨著特長公路隧道數量逐步增長，火災事故頻頻發生。為減少火災損失，有必要加強消防設施建設力度。消防給水系統是隧道消防系統的重要組成部分。本文在同類隧道設計經驗基礎上，分析總結了特長公路隧道消防給水系統各組成要素及系統配置方案，以期為日后類似消防給水系統設計提供參考和借鑒。

特長公路隧道；消防給水系統；設計問題；系統配置方案

近年來，我國公路隧道建設取得了顯著成績，截至2015年底，全國公路隧道為14006處、1268.39萬米，增加1602處、192.72萬米。其中，特長隧道744處、329.98萬米，長隧道3138處、537.68萬米。公路隧道每年凈增里程1000km以上，我國已成為世界上公路隧道最多、發展最快的國家。但與此同時，隧道火災事故時有發生，自2005～2015年，共發生公路隧道火災30余起，造成了重大人員傷亡和財產損失，這表明我國公路隧道消防安全面臨著巨大壓力和挑戰。如何合理設計和運用消防給水系統是公路隧道火災防控一個重要課題，尤其對于特長公路隧道，對消防給水系統設計進行深入探討提升火災防控水平，對保證人員生命及財產安全具有重要意義。

1 特長公路隧道消防設計存在的問題

公路隧道通行車輛類別多，其中不乏裝載危險化學品的油罐車、槽車，對于特長公路隧道，在其特有的狹長有限空間內，一旦發生意外事故，極易演變為火災，危險性大，若無合理的消防設計保駕護航，后果將是災難性的。而我國目前公路隧道消防設計還存在如下主要問題。

（1）公路隧道消防設計與一般建筑消防設計有很大差別，我國還沒有針對性的、完善的公路隧道消防技術國家規范。目前公路隧道消防設計主要參照《公路隧道設計規范（第二冊）》（JTGD70/2-2014）、《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）、《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）等規范進行。其中公路工程行業標準《公路隧道設計規范（第二冊）》（JTGD70/2-2014）涉及到公路隧道消防設計的章節較簡略，對于公路隧道消防技術的規定不夠完善；《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）和《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）只對城市交通隧道消防設計作了規定，該類隧道由于處于城市內或城市附近，一般采用市政管網供水，與其它公路隧道差別較大。（2）我國在隧道消防系統的運營管理尚不完善，而公路特長隧道一般所在地區偏遠、作業環境艱苦，增大了消防系統即時監控、日常維護保養和檢修等的難度。（3）特長公路隧道所處的地理條件往往大相徑庭，是否方便取水、水源是否穩定、現場是否具備合適的救援場地等都是設計面臨的難題。

2 消防水源及供水設施探討

2.1 水源

消防水源確定是消防水系統設計中的重要環節，由于公路隧道所處地理環境復雜，地勢各異，水文條件千差萬別，一般可用水源有如下幾類：（1）河（溪）流、湖泊：均屬于地表水，便于取水，水質和水量不穩定，可靠性較差。（2）泉水、深井、隧道滲透水：均屬于地下水，受季節和氣候影響相對較小，水質及水量相對穩定。（3）雨水：在干旱或地下水難以采集的地區，對隧道主線和匝道敞開段雨水收集尤為重要。（4）廢水：在干旱地區，水源寶貴，可收集隧道內的消防廢水、沖洗廢水及結構滲入水等廢水進行凈化。（5）市政給水：水質好，水量大，但有局限性，不能給偏遠地區所用。

2.2 給水形式

消防給水形式通?？煞譃槌８邏?、臨時高壓和低壓。對于多數特長公路隧道，特別是山嶺隧道，一般設置高位消防水池，存儲不小于一次火災用水量，并通過水池和隧道所在位置的高差提供供水壓力，采用常高壓給水系統；對于部分隧道水源充足、電源可靠，但無法達到常高壓的要求，通過水泵向隧道消防管網供水，采用臨時高壓給水系統；低壓給水系統可靠性較低，不建議在特長公路隧道內采用。

2.3 供水設備

對于公路隧道消防的供水設備主要包括消防水泵、消防水池、水泵接合器和氣壓給水設備等。

（1）消防水泵。消防水泵根據動力情況，可采用電動機或柴油機直接傳動，當采用電動機驅動時，應選擇干式安裝方式；當采用柴油機消防水泵時，應采用壓縮式點火型柴油機，同時，根據所處地理位置考慮海拔高度和環境溫度的影響。消防水泵應設備用泵，其性能應與工作泵一致。消防水泵房應采取通風、排水及防水淹沒等措施，對于冬季結冰地區應做好防凍措施，使環境溫度不低于5℃。（2）高位消防水池和低位消防水池。對于一般的公路山嶺隧道，多采用常高壓給水系統，高位消防水池設置高山上，確保最不利消火栓的供水壓力不小于0.3MPa，當栓口出水壓力超過0.7MPa時水槍反作用力過大而不利于操作，應采取減壓措施。消防水池須在48h內儲滿且蓄水量滿足一次滅火需求，且應設置就地水位顯示裝置，并在監控中心或值班室等地點設置顯示消防水池水位的裝置，同時應有最高和最低報警水位，可通過水位高度來控制消防水泵啟停。在條件允許的情況下，高位消防水池和低位消防水池的有效容積均不小于一次火災滅火需水量，水池出水管應保證消防水池的有效容積能被全部利用。（3）水泵接合器。在隧道的出入口處設水泵接合器，以便當系統管網供水得不到保證時，可通過外界取水由消防車進行供給，提高系統可靠性。（4）氣壓給水設備。當采用臨時高壓給水系統時，需設置氣壓給水設備和穩壓泵進行增壓和調節水量。

2.4 供水管網

公路隧道消防給水應采用環狀管網，對于單向雙洞隧道相鄰兩洞的給水管網可布成一個環狀，從高位水池或水泵房引出不少于兩條進水管向環狀管網供水，當其中一條發生故障時，其余進水管應能保證消防用水量和水壓要求，消防干管在進入隧道前應設置過濾器，給水管道應采用閥門分成若干獨立段，每段內消火栓的數量不宜超過5個。嚴寒和寒冷地區的消防給水管道及相關閥門配件應采取防凍措施。系統中采用的設備、器材、管材管件、閥門和配件等系統組件的產品工作壓力等級應滿足系統最大運行壓力要求。

2.5 隧道排水

隧道排水主要排除隧道內的廢水和雨水，廢水泵房一般設置在隧道和工作井的最低處, 用以排除消防廢水、結構滲漏水、沖洗廢水等。雨水泵房設置在隧道洞口處, 用以排除雨天時截流的洞口銜接道路上的雨水。對于高、低位消防水池和隧道內的排水需有專門的引流設施或進行再利用。

3 消防水系統的選擇探討

公路隧道火災類型多為A類和B類，滅火劑一般選用水或泡沫，水是最常用的滅火劑，主要作用是冷卻。泡沫是撲救可燃易燃液體的有效滅火劑，主要是在液體表面生成凝聚泡沫漂浮層，起窒息和冷卻作用。

3.1 系統種類

對于公路隧道，研究和應用較多水滅火設施的種類一般包括消火栓系統、固定式水成膜泡沫滅火裝置、自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統及其泡沫聯用系統、細水霧滅火系統等。（1）消火栓系統：使用較普遍，對水源要求較低，但需要專業人員進行操作。（2）固定式水成膜泡沫滅火裝置：在公路隧道應用廣泛，需與消火栓系統配合設置，水成膜泡沫滅火劑由于氟碳表面活性劑急劇降低了水溶液的表面張力，使油表面上形成一層水膜，以抑制燃料的蒸發，加速泡沫流動，以將火撲滅，需要人工操作。（3）水噴霧滅火系統及其泡沫聯用系統：國內在水下隧道應用較多，由于水霧體積小，數量多，表面積大，直接噴至燃燒對象表面，可使流體表面乳化，具有滅火和防護冷卻作用，但水霧會降低煙氣層高度，影響人員疏散。而泡沫—水噴霧聯用滅火系統可有效覆蓋油面，隔絕空氣并抑制油氣蒸發，對撲滅A、B類火災十分有效，但系統設備多，造價高，管路布置較復雜。（4）細水霧滅火系統：適用于A、B、C類火災，對水質、水壓要求較高，水霧粒徑小，易受通風系統影響，在公路隧道火災防控中應用較少，還處于研究和探討階段。（5）自動噴水滅火系統：在隧道火災中會破壞煙氣層的分層效應，不利于人員疏散。同時受高溫作用，水滴易氣化，形成高溫蒸汽，對人體威脅較大，在隧道中應用較少。

3.2 特長公路隧道消防水滅火系統的選擇

結合特長公路隧道實際情況，參照國內外相關實例及研究成果，特長公路隧道消防水滅火系統的配置方案如下：（1）消火栓系統+水成膜泡沫滅火裝置。該配方案在公路隧道應用最為廣泛，技術成熟可靠，能撲滅多種類型火災，水成膜泡沫滅火裝置與消火栓系統配合設置，只需一套給水系統，工程造價較低，但不具備自動滅火功能。（2）消火栓系統+水噴霧滅火系統+水成膜泡沫滅火裝置。在上一配置方案基礎上增設水噴霧滅火系統，具有自動滅火功能，水噴霧滅火系統獨立設置，增加了工程造價，火災初期由水噴霧滅火系統進行防控，可起到冷卻控火作用。（3）消火栓系統+泡沫-水噴霧聯用滅火系統。該方案在國內的水下隧道內應用較廣泛，火災發生時，泡沫-水噴霧聯用滅火系統，先噴射低倍數泡沫滅火，再噴霧冷卻，具有滅火、防護冷卻作用。

4 某特長公路隧道消防給水系統設計

4.1 工程概況

某高速公路特長山嶺隧道地表最大高程約1.1km，隧道最大埋深約550m，采用雙洞單向兩車道，兩洞全長約6.5km，按同一時間發生一次火災考慮。

4.2 消防水源及供水設施設計

該隧道處于屬亞熱帶氣候帶，雨量充沛，地處山區，無法由市政管網供水，根據現場情況就近利用溪流的天然地表水作為消防水源，設置滾水壩進行收集，并儲存于低位集水池內，同時設置高位消防水池，兩水池的有效容量均大于一次火災消防用水量，由低位集水池向高位消防水池進行補水。采用常高壓給水系統，利用高位水池高差實現重力供水。

供水干管采用DN200的熱鍍鋅無縫鋼管，高位消防水池通過兩根DN200消防干管直接向隧道內給水管網供水，隧道外采用焊接連接，隧道內采用卡箍溝槽式連接。水泵房設置在隧道洞口較高一端。水泵房內設兩臺消防水泵，一用一備，由高位消防水池水位自動控制，也可由現場及監控室遠程控制。

4.3 消防給水系統設計

采用消火栓系統+水成膜泡沫滅火裝置的配置方案，消火栓系統設計流量不小于30L/s，火災延續時間4h，低位集水池和高位消防水池的有效容量均為500m3，在洞內采用雙口雙栓消火栓，消防設備洞室設置在行車方向右側側壁，布設間距為50m，洞室內配置雙口雙栓消火栓1套，DN65水帶2條（25m），配備一套30L環保型水成膜泡沫滅火裝置，泡沫液濃度為3%，噴射距離大于6m，噴射時間不小于22min，噴射軟管不短于25m，配置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器4具。在隧道緊急停車帶處及兩端洞口外設置地上式消火栓，在兩端洞口外設水泵接合器。

5 結語

我國特長公路隧道消防給水系統設計還處于探索與發展階段，相關設計也無相應的、強制的國家規范或設計細則為依據，使得設計隨意性較大，本文從消防水源及供水設施、消防水系統的選擇兩方面進行了歸納闡述。

[1]中華人民共和國交通運輸部綜合規劃司. 2015年交通運輸行業發展統計公報，2016,5,6.

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[3]JTGD70/2-2014公路隧道設計規范[S]. 北京: 人民交通出版社，2014.

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[6]GB50974-2014消防給水及消火栓系統技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2014.

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1671-0711（2016）12（下）-0147-03