公路隧道消防滅火系統優化設計研究

何瀟劍

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

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公路隧道消防滅火系統優化設計研究

何瀟劍

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

目前國內公路隧道消防技術標準尚不完善，為了更好地滿足國內公路隧道消防滅火系統的設計，為以后相關規范的制定、工程的實施提供參考，調查研究了國內外公路隧道消防滅火系統的設置情況，依據國內外公路隧道消防技術標準規范、工程案例、實體火災試驗，分類提出了我國公路隧道應設置的消防滅火系統。

公路隧道； 標準規范； 火災試驗； 消防滅火系統

0 引言

近年來，伴隨著我國國民經濟的快速發展，基礎設施建設在不斷推進。截至2015年末，全國共有公路隧道14 006條、1 268.39萬m，其中，特長隧道744條、329.98萬m，長隧道3 138條、537.68萬m。公路隧道的修建極大地方便了人們的出行，但同時隨著公路隧道數量和里程的不斷增加，火災風險也在逐步增大。如2008年京珠高速大寶山隧道火災，致2人死亡，隧道結構嚴重損壞；2010年無錫惠山隧道火災，致24人死亡、9人受傷、客車燒毀；2014年山西晉濟高速巖后隧道火災，致31人死亡、9人失蹤、42輛車燒毀，隧道結構局部剝落。

與國外發達國家相比，我國公路隧道具有起步晚、建設快、消防技術標準發展滯后的特點。截至目前，國家標準《公路隧道消防技術規范》尚未正式頒布；另一本國家通用標準GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[1]僅對城市交通隧道消防設計進行了規定，對其他類型的隧道沒有具體要求；交通運輸部行業標準《公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施》[2]，在總則中強調“本規范適用于各等級公路的新建和改建山嶺隧道”，其他類型的公路隧道消防設計如何執行，同樣沒有說明。此外，這2本現行標準對自動滅火系統的設置只字未提。鑒于此，需要梳理國內外公路隧道消防技術規范存在的差異，調查國內外公路隧道消防滅火設施現狀，分析國內外公路隧道火災試驗結果，進而為我國公路隧道消防技術標準的制定以及公路隧道消防滅火系統的設計提供參考。

1 國內外公路隧道標準規范對消防滅火設施的設置要求

梳理國內外正式實施的公路隧道標準規范，在消防滅火設施方面，消火栓和滅火器是世界各國公路隧道標準規范中均要求設置的滅火設施，系統的設計參數也基本一致，對消火栓和滅火器的設置要求見表1。

公路隧道交通層是否應設置自動滅火設施，各國設計規范要求差異較大，目前國內外主要國家和地區公路隧道規范、標準對設置自動滅火系統的要求見表2。

表1 國內外公路隧道標準、規范對設置消火栓和滅火器的要求

Table 1 Specifications, setting parameters and requirements of fire hydrants and fire extinguishers of highway tunnels in China and abroad

國家/地區規范標準名稱是否設置設置參數和要求國外NFPA502等是 國外規范普遍要求隧道內消火栓用水量為1000～2000L/min,出水口壓力不大于0.5～1.0MPa;滅火器采用ABC干粉滅火器,設置最小距離為50m中國《建筑設計防火規范》是 隧道內消火栓用水量不應小于20L/s(即1200L/min),長度小于1000m的隧道可為10L/s(即600L/min);滅火器采用ABC干粉滅火器,設置間距不應大于100m中國 《公路隧道設計規范第二冊交通工程與附屬設施》是 隧道內消火栓用水量不小于15L/s(即900L/min),出水口壓力大于0.5MPa時應設置減壓措施;滅火器宜選用磷酸銨鹽干粉滅火器,單側設置間距不應大于50m

表2 國內外公路隧道標準、規范對設置自動滅火系統的要求

國外主要發達國家公路隧道標準規范通常要求隧道內設置自動滅火系統，日本和澳大利亞在規范中已明確要求，美國雖未強制要求，但也在規范中進行了推薦[3]。目前，歐洲國家通過《隧道用水基滅火系統工程指南》[4]也在積極倡導設置自動滅火系統。

我國國家標準《公路隧道消防技術規范》尚未正式頒布，行業標準對設置自動滅火系統也未做具體要求，僅有中國上海和湖南2項地方標準對設置自動滅火系統進行了要求[5-7]。

2 國內外公路隧道消防滅火設施設置概況

調查國內外公路隧道標準規范對消防滅火設施的設計要求在實際工程中的執行情況，發現： 國內外公路隧道均嚴格按照規范要求設置了滅火器和消火栓，國外主要發達國家按照規范要求(或建議)在公路隧道中設置自動滅火系統也比較普遍；中國公路隧道一般分為山嶺隧道和水下隧道2類，山嶺隧道均未設置自動滅火系統，即使是我國最長的秦嶺終南山隧道(長18.02 km)，也僅設置了固定式水成膜泡沫滅火系統，而水下長大隧道通常設置自動滅火系統。國內外公路隧道設置自動滅火系統統計見表3。

日本是最早在公路隧道中設置自動滅火系統的國家，也是設置數量最多的國家；澳大利亞地理環境多是平原，公路隧道總數量不多，長大或者交通繁忙的公路隧道均設置了自動滅火系統；歐洲國家共同開展的UPTUN項目，推動了自動滅火系統在新建隧道中的普遍應用；美國有特殊保護目的的隧道部分設置了自動滅火系統，比如通過?；锲返墓匪淼涝O置泡沫水噴霧系統。我國水下隧道多為城市交通隧道，交通流量大，火災隱患多，疏散救援困難，火災后果嚴重，一旦發生崩塌，災后修復將變得異常困難，因此普遍設置自動滅火系統。

表3 國內外公路隧道設置自動滅火系統統計[8]

國內外公路隧道發生的多起火災案例也證實了設置自動滅火系統的必要性。如： 1979年7月日本坂隧道發生特大火災，火災持續160 h，致使189部車輛燒毀、7人死亡、1人受傷，而隧道修復僅耗時35 d，事后推測因隧道設置了水噴霧系統，才使隧道頂部結構因火災導致的剝落很薄[9]；2008年3 月墨爾本的BURNLEY連接隧道發生火災，導致4輛重載汽車燃燒、3人死亡，但火勢在幾min內被噴淋系統控制，在火災發生后不到24 h即恢復運營,噴淋系統在控制并撲滅隧道火災方面發揮了重要作用。

3 國內外公路隧道自動滅火系統實體火災試驗概況

在總結國內外公路隧道火災事故原因時，發現主要有以下幾種情況： 1)車輛本身故障引起火災； 2)車輛交通事故火災； 3)車上貨物起火引起火災； 4)其他如電器設備故障、線路老化等引起火災。根據調查可知，隧道內主要發生的火災類型為A、B類火災，B類火災更為突出。針對公路隧道的事故原因和火災類型，國內外開展了各具特色的實體火災試驗，滅火器和消火栓的滅火效能已在世界范圍內得到了認可，不再對其火災試驗進行贅述。本文調查了部分自動滅火系統實體火災試驗，見表4。

根據實體火災試驗結果，對自動滅火系統的綜合性能進行定性比較，見表5。

表5未列出各個滅火系統對人員疏散的影響，因為目前國內外公路隧道中設置的自動滅火系統控制方式為“火災監控系統報警，工作人員確認火災后，控制室內遠程控制自動滅火系統開啟”，這種控制方式可以避免因誤報警而開啟自動滅火系統，同時可根據火災周圍人員的疏散情況，適時開啟自動滅火系統，對人員疏散基本無影響。

表4 國內外部分公路隧道火災試驗統計[10]

表5 國內外公路隧道自動滅火系統性能比較

4 國內公路隧道消防滅火系統的優化建議

總結國外公路隧道標準規范、工程案例和火災試驗，設置水噴淋、水噴霧、細水霧的國家設置這一系統的目的并非撲滅火災，而是在于控制火災規模，降低火場溫度，保護隧道主體結構安全；而最終撲滅火災需要消防隊等外部救援力量的參與。作者認為這與歐美澳國家人口少，隧道交通量小，消防救援速度快有關。日本部分隧道設置泡沫水噴霧系統，是因為這些地區人口密集，交通流量大，消防隊難以及時到達，因此需要增強自救能力。

國內公路隧道消防滅火系統如何設計，應采用哪種類型的消防滅火系統，通過上述章節的調研，需要對《建筑設計防火規范》和《公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施》這2本標準未涉及到的自動滅火系統進行必要的補充。對表5進行分析： 水噴淋滅火系統性價比不高，不建議采用；高壓細水霧滅火系統設備價格太高，其中除不銹鋼管道國內可以生產外，其余設備都需依賴進口，要將其規模化地應用到國內公路隧道中目前還比較困難；水噴霧滅火系統滅火效果一般，需要依賴外部救援力量，同時需要配套設置水成膜泡沫滅火裝置，以加強對B類初期火災的撲滅能力，降溫控火效果比較好；泡沫水噴霧系統滅火效果好，火災初期噴射泡沫滅火，之后噴射水噴霧降溫，在特定情況下，是較為合適的公路隧道自動滅火系統。故國內公路隧道自動滅火系統適合采用水噴霧滅火系統或泡沫水噴霧滅火系統。

根據國內公路隧道的特點，結合本文的研究成果，對隧道內應設計的消防滅火系統分類提出如下建議。

1)山嶺隧道。交通流量大、疏散救援遲緩困難、特長及長隧道消防滅火系統設計為消火栓系統+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統；交通流量大、疏散救援迅速便捷、特長及長隧道消防系統設計為消火栓系統+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置+水噴霧滅火系統；交通流量小、疏散救援遲緩困難、特長及長隧道消防系統設計為消火栓系統+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置+水噴霧滅火系統；通行危險品運輸車輛、特長及長大隧道消防滅火系統設計為消火栓系統+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統；對其余中、短山嶺隧道自動滅火系統的設置不做要求，但應按行業標準要求設置常規的消防滅火設施。

2)水下隧道。水下隧道的特點決定了其消防滅火系統應嚴于山嶺隧道，火災工況下應立足于自救，主動撲滅火災，在保障人身安全的同時，強化對主體結構的保護。故特長隧道、長隧道及中隧道消防滅火系統設計為消火栓系統+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統，當隧道內設置單獨的電纜通道時，電纜通道宜增設高壓細水霧滅火系統。短隧道疏散救援一般不存在問題，可不設自動滅火系統，但應設置常規的消防滅火設施。

3)城市交通隧道。城市交通隧道比較復雜，水下城市交通隧道可按上述水下隧道進行消防系統設計，其余隧道可適當降低要求，但設計標準不應低于山嶺隧道。

5 結論與建議

通過調研發現，除部分水下隧道外，國內公路隧道消防滅火系統水平整體偏低，在交通流量持續增長的情況下，存在不同程度的消防安全隱患。新建公路隧道的消防設計應綜合考慮隧道類型、交通流量、疏散能力、救援水平以及地理位置等因素，選擇合理適宜的消防滅火系統，以逐步提高公路隧道的消防安全設防水平。另外，限于篇幅，本文僅從宏觀上提出了不同的公路隧道應設置的消防滅火系統，未對每個消防滅火系統的關鍵設計參數做更深入的探討，建議設計人員在遵循現有標準規范的前提下，結合隧道類型、通行車輛、裝修要求等對消防滅火系統做進一步的優化。

[1] 建筑設計防火規范： GB 50016—2014[S]. 北京： 中國計劃出版社， 2014. Code for fire protection design of buildings： GB 50016—2014[S].Beijing： China Planning Press， 2014.

[2] 公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施： JTG D70/2—2014[S].北京： 人民交通出版社股份有限公司，2014. Specifications for design of highway tunnels, Section 2, Traffic engineering and affiliated facilities： JTG D70/2—2014[S]. Beijing： China Communications Press Co.，Ltd.，2014.

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[6] 道路隧道設計規范： DG/TJ 08-2033—2008[S].上海： 上海市隧道工程軌道交通設計研究院，2008. Design specifications for highway tunnel design: DG/TJ08-2033—2008[S]. Shanghai: Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute, 2008.

[7] 公路隧道消防技術規范： DB43/729—2012[S].湖南: 湖南省公安消防總隊， 2012. Firefighting specifications for highway tunnel: DB43/729—2012[S]. Hunan: Firefighting Corps of Hunan Public Security, 2012.

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Study of Optimization Design of Firefighting System of Highway Tunnel

HE Xiaojian
(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

At present, the national firefighting standards of highway tunnel are not perfect in China. The state-of-the-art of firefighting system of highway tunnels in China and abroad are studied, so as to improve the firefighting system of highway tunnels in China. The setting principles of firefighting system of highway tunnels in China are proposed according to study of technical firefighting specifications, project cases and fire tests in China and abroad.

highway tunnel; specification; fire test; firefighting system

2016-10-09;

2017-01-10

何瀟劍(1986—)，男，天津人，2007年畢業于蘭州交通大學，給水排水工程專業，本科，工程師，現從事軌道交通、公路隧道給排水及水消防的設計和研究工作。E-mail: 284614993@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.017

U 459.2

A

1672-741X(2017)04-0505-05