臨時高壓消防給水系統應用研究
——基于城市交通隧道消防

郭大敬

(福建省交通規劃設計院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

由于城市交通隧道處于一個相對封閉的環境中，交通流量大、通風條件差、救援空間小，一旦發生火災，火勢發展快、煙氣溫度高、疏散條件差、撲救難度大[1]。為保障城市交通隧道的安全運營，設計人員應根據城市交通隧道的特點并結合實際建設條件設計一套安全可靠的消防給水系統。

目前，我國尚無專門針對隧道消防設計的國家標準，主要依據GB50016-2014《建筑設計防火規范》[2](下文簡稱《建規》)和GB50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[3](下文簡稱《消水規》)進行設計。若城市交通隧道遠離城區，其建設條件、救援條件均與公路隧道類似，還應參考JTGD70/2-2014《公路隧道設計規范(第二冊)交通工程與附屬設施》[4](下文簡稱《公隧規》)。

1 消防給水系統方案

三類及以上城市交通隧道，應設置隧道內消火栓系統和隧道口室外消火栓系統，其中隧道內消火栓系統不能采用低壓消防給水系統。一般城市交通隧道都會規劃配套建設市政給水管網，若因其遠離城區市政水源無法到達，可選擇的水源有深井水、山澗溪水、泉水等，本文主要討論有市政水源的一般情況。根據市政水源情況和場地建設條件，城市交通隧道常用的消防給水系統有如下幾種方案。

1.1 方案一

如圖1所示，當市政給水管網無法滿足隧道口室外消火栓用水要求，則通過設置高位消防水池儲存隧道內消火栓系統和隧道口室外消火栓系統所需的全部消防用水量，并在隧道口附近設置二次加壓泵房為高位消防水池補水。該方案兩個系統共用一套消防供水設施，因此高位消防水池容積大，消防干管管徑大，且此方案隧道口室外消火栓不能為水泵接合器供水。

1.2 方案二

如圖2所示，將2個系統所需的全部消防用水量分別儲存于2座高位消防水池內，2個系統的供水管網相互獨立。該方案供水安全性比方案一高，但后期維護管理比較復雜，但此方案隧道口室外消火栓可為水泵接合器供水。

1.3 方案三

如圖3所示，當市政給水管網滿足隧道口室外消火栓系統用水要求時，該系統由市政給水管網供給，而市政供水管網無法滿足隧道內消防用水水壓要求，一次火災延續時間內消防用水量由高位消防水池提供。該方案高位消防水池容積小、消防干管管徑小。

圖1 消防給水系統方案一

圖2 消防給水系統方案二

圖3 消防給水系統方案三

1.4 方案四

如圖4所示，當隧道山上由于高程問題或征地問題無法建設高位消防水池時，隧道內消火栓系統只能采用臨時高壓給水系統。若市政給水管網無法滿足隧道口室外消火栓用水要求，該系統則采用臨時高壓消防給水系統。該方案將2個系統全部消防用水量儲存于消防水池內，準工作狀態時隧道內消火栓系統由高位消防水箱穩壓、隧道口室外消火栓系統由穩壓泵和氣壓水罐穩壓，發生火災時由消防水泵從消防水池取水滅火。該方案消防水池容積大，2個系統采用兩套相互獨立的加壓供水系統(若市政給水管網無法滿足高位消防水箱補水要求，還應設置二次加壓泵進行補水)，系統比較復雜。

1.5 方案五

如圖5所示，由于隧道山上高程問題或征地問題無法建設高位消防水池，但市政給水管網滿足隧道口室外消火栓系統用水要求，該系統用水則由市政給水管網供給，消防水池僅儲存隧道內消防用水量。該方案只設一套加壓供水系統，系統簡單、消防水池容積小。

圖4 消防給水系統方案四

圖5 消防給水系統方案五

2 臨時高壓消防系統設計

2.1 案例工程概述

福清市某城市主干路，設計車速為60km/h，沿線設置一座交通隧道，采用雙洞分離式，單洞長約0.78km。該隧道呈東西走向，西側洞口設計地面標高為33.100m，東側洞口設計地面標高為37.500m。根據《建規》，該隧道為可通行危險化學品等機動車的二類城市交通隧道，由于征地問題，該工程無法設置高位消防水池，隧道內、外消防給水系統均采用臨時高壓消防給水系統，即采用方案四。

2.2 隧道內消火栓系統

2.2.1系統方案

在西側隧道口附近建設消防水池及加壓泵房一座，在山坡上設置高位消防水箱一座，系統準工作狀態時由高位消防水箱穩壓，發生火災時由消防水泵從消防水池取水。該系統消防干管的管徑為DN150，沿行車方向右側人行道板下成環布置，每隔5個消火栓設置檢修蝶閥，最高點處設置排氣閥，最低點處設置放水閥。沿行車方向右側壁間隔50m設置消防箱，箱內配雙閥雙出口室內栓、消防水帶、消防水槍、報警按鈕等設施。

2.2.2高位消防水箱

《消水規》第6.1.9條第一款規定：采用臨時高壓消防給水系統的高層民用建筑、建筑總面積大于10 000m2且層數超過2層的公共建筑和其他重要建筑，必須設置高位消防水箱。除第一款外的其他建筑，可不設置高位消防水箱。

對于采用臨時高壓消防給水系統的城市交通隧道是否必須設置高位消防水箱，目前仍存在一定爭議：一種觀點認為可不設置，理由是城市交通隧道屬于其他建筑，現行規范沒有城市交通隧道高位消防水箱有效容積相關規定，故當設置高位水箱確有困難時，可采用設置穩壓泵和氣壓水罐的穩壓系統。

根據GB50156-2012《汽車加油加氣站設計與施工規范》附錄B：隧道出入口屬于重要公共建筑[5]，依此，筆者認為城市交通隧道應定性為重要建筑，且《消水規》第6.1.9條第一款內容是強制性條文，建議從嚴執行。高位消防水箱的有效容積建議參照舊版《建筑設計防火規范》按10min消防用水量計。該工程高位消防水箱有效容積V=20×10×60/1000=12m3。

2.2.3消防水池

根據《建規》和《消水規》，二類城市交通隧道的隧道口室外消火栓系統設計流量和隧道內消火栓系統設計流量分別取30L/s和20L/s，火災延續時間取3.0h，一次火災消防用水量V=(30+20)×3×3.6=540m3，考慮固定式水成膜泡沫滅火裝置用水量，因此設置有效容積為550m3消防水池一座，分兩格。

2.2.4消防水泵

不同規范對城市交通隧道最不利點栓口出水壓力的規定不一致：《建規》第12.2.2條規定，水槍充實水柱不應<10m，水壓>0.50MPa應設置減壓設施。《消水規》第7.4.16條規定，水壓不應<0.30MPa，水壓>0.70MPa應設減壓設施。不同規范之間規定不一致時，建議從嚴執行。由于固定式水成膜泡沫系統和隧道內消火栓系統共用一套供水系統，計算消防水泵揚程時還應滿足其水壓要求(最不利點水壓≥0.35MPa)。

消防水泵揚程按式(1)計算：

H=k(hf+hp)+H0+100P0

(1)

式中：k為安全系數，取1.20；

hf為管道沿程水頭損失，查水力計算表：1000i=18.1；

hp為管道局部水頭損失，按hf的15%計；

H0為最不利點水滅火設施與消防水池最低有效水位的幾何高差；

P0為最不利點水滅火設施所需的設計壓力，取0.35MPa。

則,H=1.20×1.15×885×18.1/1000+5.5+100×0.35=62.61m。

故，該系統配置兩臺消防水泵(Q=20L/S，H=65m，N=22kW)，1用1備，當栓口出水壓力>0.50MPa時采用減壓穩壓消火栓。系統準工作狀態時，由高位消防水箱穩壓；發生火災時，由消防水泵出水干管上的壓力開關或高位消防水箱出水管上的流量開關直接連鎖啟泵。

2.3 隧道口消火栓系統

2.3.1系統方案

該工程隧道口室外消火栓系統設計流量30L/s，根據《消水規》6.1.3條規定，該系統采用市政給水管供水時，應采用兩路消防供水。由于該工程距離城區較遠且地勢較高，市政給水管網無法保證兩路消防供水，因此，該設計采用臨時高壓消防給水系統。一次火災延續時間內消防用水量儲存于消防水池內，火災時消防水泵從消防水池取水。該系統消防干管的管徑為DN200，沿行車方向右側人行道板下成環布置，最高點處設置排氣閥，最低點處設置放水閥，兩側隧道口各設置2座室外消火栓(SS150/65)和2座水泵接合器(SQS150)。

2.3.2消防水泵

由《消水規》第7.2.8條規定可知，隧道口最不利點室外消火栓供水壓力應滿足從地面算起不應小于0.1MPa，該設計取0.1MPa。采用式(1)計算消防水泵揚程，則H=1.20×1.15×890×9.15/1000+4+100×0.1=25.24m。

故，該系統配置2臺消防水泵(Q=30L/s，H=30m，N=22kW)，1用1備。系統準工作狀態時，由穩壓泵及氣壓水罐穩壓；發生火災時，由消防水泵出水干管上的壓力開關直接連鎖啟泵。

2.3.3穩壓泵及氣壓水罐

由《消水規》6.1.7條規定可知，獨立采用臨時高壓消防給水系統的室外消火栓系統，宜采用穩壓泵穩壓，且穩壓泵啟泵壓力應保證最不利消火栓栓口處的靜水壓力不小于0.17MPa。該工程消防水池最低有效水位與最不利點消火栓栓口的高差為4.5m，則穩壓泵啟泵壓力P1≥0.17+0.045=0.215MPa，氣壓水罐充氣壓力P0=P1/β≥0.215/1.1=0.195MPa，查詢設備樣本，P0取0.24MPa，則P1=P0×β=0.24×1.1=0.27MPa，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85=0.27/0.85=0.32MPa。穩壓泵揚程H=(P1+P2)/2=(0.27+0.32)/2=0.30MPa=30m。根據《消水規》5.3.2條規定，穩壓泵的設計流量Q=(1%～3%)×30=0.3～0.9L/s且Q≥1.0L/s，故，該設計取1.0L/s。

氣壓水罐有效儲水容積按式(2)計算：

(2)

式中：αa為安全系數，取1.2；qb為穩壓泵的出水量，取1.0L/s (3.6m3/h)；n為每小時啟泵次數，取15次/h，計算得Vq2=0.072m3。《消水規》5.3.4條規定，氣壓水罐有效儲水還應滿足Vq2≥150L，故，該設計取150L。

綜上，該系統設置穩壓泵2臺(Q=1.0L/s，H=30m，N=0.75kW，1用1備)、立式隔膜式氣壓水罐1只(有效調節水容積150L)。

3 固定式水成膜泡沫滅火裝置

由《消水規》第7.4.16條規定可知，允許化學危險品運輸車輛通行且長度超過3.0km的城市交通隧道，應配置水霧或泡沫消防水槍，其他隧道沒有相關要求。但固定式水成膜泡沫滅火系統裝置可彌補滅火器噴射時間較短的缺點，增強行車人員對初期油類流淌火災的撲救能力，大幅降低火災發展的幾率[6]，建議三類及以上城市交通隧道內增設該裝置。

設計參數可參照《公隧規》和上海市、云南省等地方標準綜合確定，該工程選用混合比為3%型抗溶性水成膜泡沫滅火劑，泡沫混合液噴射時間取0.40h，最不利點供水壓力取0.35MPa。沿隧道行車方向右側壁間隔50m設置一套該裝置，并與消火栓設施共用箱體，箱內配泡沫原液儲罐(儲量40L)、膠管、比例混合器、泡沫槍以及小型壓力表、管道過濾器、控制閥等設施。

4 結論

(1)鑒于城市交通隧道特殊性，設計人員應根據市政水源情況和場地建設條件確定既安全可靠又經濟合理的消防給水系統。

(2)采用臨時高壓消防給水系統的城市交通隧道，應設置高位消防水箱，其有效容積建議按10min消防用水量計，并建議規范對重要建筑給出術語解釋。

(3)固定式水成膜泡沫滅火系統裝置，能增強行車人員對初期油類流淌火災的自救撲滅能力，大幅降低火災發展的幾率，建議三類及以上城市交通隧道增設此系統。

(4)不同規范對城市交通隧道消防系統設計參數規定不一致時，建議從嚴執行，并建議國家相關部委組織編制專門針對交通隧道消防設計的國家標準。