長大雙層過江城市隧道泡沫水噴霧滅火系統的應用

張保軍 吳鐵軍

（中交隧道工程局有限公司，重慶 400000）

1 目前國內長大隧道滅火設施的主要配置

隨著經濟的發展，長大過江隧道在沿海城市交通發揮越來越重要的作用，隧道消防系統安全系數的提高至關重要，不定因素的車禍、故障、火災等因素導致的應急事件，越來越影響到隧道的正常運轉，見表1。

表1 國內主要隧道里程表

目前國內隧道主要的消防滅火系統主要有消火栓系統、滅火器系統、感溫感煙探測系統、火焰探測器報警系統、固定式水成膜泡沫滅火裝置、自動噴水滅火系統、固定式水噴霧系統、火災報警系統等。

在長大公路城市隧道發生火災時，如果火勢較大，得不到及時控制，出現大量人員、車輛停滯的情況，無法前行導致出現重大安全事故，由于隧道公里數的增加以及車流量較大堵車、緩行等因素等導致救援到達現場后，已經錯失最佳救援時間。因此，泡沫/水噴霧滅火系統的增設必不可少，泡沫/水噴霧滅火系統是泡沫閥組完成比例混合后采用噴頭噴灑至火源位置的滅火方式，它通過泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按比例混合成泡沫混合液，經噴頭噴射泡沫到著火點部位精準滅火，噴灑一定時間的泡沫滅火（不少于20min）。主要由泡沫/水噴霧噴頭、泡沫閥組箱、水噴霧泵組、泡沫泵組、穩壓裝置、泡沫罐、控制柜和水噴霧總管等組成。該系統為隧道內行駛人員的安全逃離贏得寶貴時間，同時為隧道主體結構提供了有利保障。以下內容以南京揚子江隧道為例來闡述泡沫/水噴霧滅火系統的應用[1]。

2 滅火原理

滅火的原理和方法：隔離法滅火，隔離法滅火的基本原理就是將燃燒物體與可燃物質進行分離，或者是分割。燃燒無可支持物，就無法持續燃燒，然后逐漸停止；窒息滅火法，燃燒的持續需要有氧氣去助燃窒息，滅火法就是阻止氧氣空氣進入燃燒區，將燃燒物質與氧氣隔絕，然后使燃燒不能持續，逐漸滅火；冷卻滅火法，就是將低于火焰溫度的滅火劑直接噴灑在燃燒物上，可以使燃燒物質的溫度降到燃點之下，從而使燃燒停止，最常見的就是用水滅火；抑制滅火法，就是滅火劑與可燃物質進行親密接觸，抑制可燃因素的產生，使燃燒反應停止，最常見的就是用干粉滅火器進行滅火。

長大公路城市隧道火災主要是以小型汽車火災為主要火源點，泡沫滅火劑采用3%AFFF 滅火劑，可以通過物理、化學作用，充填大量氣體后形成。泡沫密度遠小于可燃物密度，與水按照一定比例混合后因此可以漂浮于可燃物表面，形成一個連續的泡沫覆蓋層，在降溫、冷卻、窒息、覆蓋條件下實現滅火作用。

3 設置泡沫水噴霧系統的重要性

長大雙層隧道火災的原因主要有車輛追尾、車輛故障、自燃等，其特點見表2。

表2 隧道主要火災特點

針對隧道火災的原因及特點，常規的噴水和現場干粉滅火器滅火效果不明顯，影響了最佳滅火時間，主要理由：1）突發火情主要發生在行駛車輛下部或車輛車廂內部，火焰開始時較小，遮擋火災位置，導致頂部噴水效果不明顯，部分部位噴射不到等情況。2）在采用水滅火時，反而將產生大量水蒸汽，視線受阻且水蒸汽與濃煙的混合物比煙霧危害性更大。3）隧道距離較長，隨著行車方向存在坡度且是聯動通風后，熱量隨著行車道方向轉移。4）濃煙層流沿著隧道頂部隨著車流量方向移動，影響到逃生及救援人員撤離及進入現場；5）噴水會導致濃煙分開，將空氣和濃煙混合，導致人吸氧困難，出現窒息危險，嚴重威脅隧道行車中的人員自身安全。

可以在距火災60 米范圍內使用泡沫/水噴霧滅火系統，能夠使火勢減少，冷卻熱氣，降低火勢蔓延速度，大幅度提高其固體物質火災和液體火災、可熔化的固體物質火災（如汽車輪胎和其他車載固體可燃物）的滅火效果，同時使撲救活動順利進行，為火災救援提供寶貴的時間。

長大雙層過江城市隧道既有消火栓系統、滅火器系統滅火效果有限，須在救援人員達到現場后采用該系統，且逃生區域擁擠，長大雙層過江城市隧道固有設置配置消火栓滅火系統和滅火器系統，此時選用泡沫/水噴霧系統滅火顯得尤為重要。

4 系統組成

泡沫/水噴霧滅火系統是以泡沫閥組完成比例混合后采用固定噴頭為噴灑裝置的泡沫/水噴霧滅火系統，它通過泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按一定比例混合成泡沫混合液，經噴頭噴射泡沫到著火點上進行滅火。噴灑一定時間的水噴霧泡沫液，然后再噴霧冷卻。隧道泡沫水噴霧滅火系統由供水管路、泡沫水噴霧泵及穩壓裝置、供水管路、泡沫泵、泡沫罐、氣壓罐、減壓閥組、檢修閥組、控制閥組、隧道專用泡沫/噴霧控制閥組、隧道專用泡沫噴霧噴頭、泡沫管路及配件以及火災報警聯動控制系統等組成。

系統供水為穩高壓系統，平時由水噴霧穩壓泵維持系統工作壓力；泡沫泵與泡沫穩壓罐將充滿泡沫原液的泡沫管道維持在工作壓力狀態。滅火系統的啟動方式為同時啟動相鄰的三個防火分區（60m）的閥組箱。當發生火災時，由兩路探測器（手動報警按鈕信號、光柵光纖火災探測自動報警信號、雙波長火災探測自動報警信號中的兩種報警信號組合）同時發出火警信號并確認火災，火災報警控制器與閥組箱之間通過輸入、輸出模塊聯動，消防聯動控制系統打開相應火災區和緊鄰車型方向兩個區閥組箱中的雨淋閥電磁閥和泡沫電磁閥，供水管道壓力下降，水噴霧主泵啟動；同時泡沫原液管道壓力下降泡沫泵工作。泡沫液經比例混合器混合后，向火災區域供泡沫混合液，經專用泡沫噴頭進行滅火；系統具有自動、手動、應急啟動三種啟動方式。如隧道火情通過隧道內的火焰探測器，或手動報警按鈕，或光纖光柵，或人工遠程觸發等方式產生報警信號，上傳控制中心消防控制主機，待人工確認后進行聯動噴淋滅火。雨淋閥組的控制方式包括就地手動控制、消防聯動控制和遠程手動控制等。 整個隧道發生火災后隧道擴禁止車輛進入。火災發生時，著火點前后相鄰三組泡沫/水噴霧系統噴頭同時動作，噴射低倍數泡沫與水混合液進行滅火，持續時間20min 左右，后改噴水噴霧冷卻，持續時間60min，保護隧道長度為60m。隧道內泡沫水噴霧系統進出水側設置壓力遠程監測及控制 ，防止閥組誤噴方面帶來安全隱患。由于隧道內泡沫水噴霧閥組每隔20 米一組，數量龐大，每臺現場檢修耗時長并且隧道內車輛較大比較危險。提高在線監測能力，減少事故處理的故障率。

閥組箱內設置遠程監測壓力源，可判斷各閥組各部件的壓力狀況，可在線判斷各閥組故障點。壓力變送器是一種將壓力轉換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設備。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數轉變成標準的電信號（如4-20mADC 等），以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。

設置光電水侵傳感器，可判斷各閥組是否有滲漏。便于及時維修。水浸傳感器是檢測被測范圍是否發生漏水的傳感器，一旦發生漏水，立即發出警報，防止漏水事故造成相關損失和危害。水浸傳感器廣泛應用于數據中心、通信機房、發電站、倉庫、檔案館等一切需要防水的場所。

監測各閥組的傳感器所傳輸數據所對應的問題點進行收集分析對比，對問題點進行總結。提高事故反應能力及故障排除能力。

長大雙層過江城市隧道泡沫/水噴霧閥組監測系統的研究，包括雨淋報警閥、混合裝置、壓力監測及控制系統。根據遠程監測進口壓力及雨淋閥控制腔壓力，以到達判斷水噴霧系統中的壓力變化值。每組水噴霧系統都對應所屬監測系統，最終集中統一管理。每組水噴霧系統配置兩個壓力傳送裝置分別監測進口管網壓力和雨淋閥控制腔壓力，一個壓力開關監測判斷雨淋閥是否開啟關閉，兩個信號蝶閥監測閥組管網進出口是否開啟關閉，兩個控制電磁閥分別控制消防水管網及泡沫液管網的開關。

在使用中，因控制腔失壓很大，造成雨淋閥開啟誤噴現象，管網壓力下降，造成雨淋閥開啟由于壓力不足，無法達到噴射效果。管道中有異物在使用中造成雨淋閥閥瓣卡阻，導致管網無法關閉持續噴射等很多問題，無法及時判斷及處理。

根據監測數據，可及時判斷水噴霧閥組出現的很多問題，防止因雨淋閥控制腔壓力不足造成的管網誤噴現象，及時定點出勤維護。可遠程開關進行調試實驗，分段控制，判斷水噴霧閥組的可靠性及使用效果。在周巡檢及月巡檢中大大縮短巡檢時間。水噴霧系統閥組進出水側設置壓力監測及控制誤噴通過信號傳輸系統代替人工現場觀測，大大降低人員出勤頻率，遠程壓力監測系統識別判斷操作簡單，提高分析判斷問題的效率，大大縮短尋找問題的時間，及時處理問題起到很重要的因素。

5 泡沫/水噴霧系統布置

5.1 噴頭布置

國內外隧道內火災試驗報告，火災影響范圍一般為20m～30m，因此水噴霧噴水范圍的長度一般定為50m 左右。為考慮隧道車流量較大且存在車量起火存在移動現象，采用三組配合同時動作，無論何處發生火災均在最中間，達到最佳滅火效果。設置泡沫/水噴霧總管沿隧道縱向劃分滅火分區，每區段長度為20m，每區段隧道單側側墻上部分別設置泡沫/水噴霧遠近射程組合噴頭4 只，每個區段設置獨立的泡沫/水噴霧控制閥組箱（內含雨淋閥組、比例混合器、泡沫閥組）。火災發生時，火災點及其前后共三組泡沫/水噴霧系統噴頭同時動作，噴射低倍數泡沫/水噴霧滅火，持續時間滿足20min 滅火應急時間要求，后改水噴霧冷卻，持續時間60min，有效覆蓋長度為60m[2]。

5.2 噴頭選型

根據隧道路面寬度、高度和隧道專用泡沫噴頭的設計參數選用合適的泡沫噴頭；隧道內選用隧道專用水成膜泡沫噴頭，噴頭材質為304 及以上不銹鋼材質（隧道潮濕，避免銹蝕等現象），噴頭規格按照隧道實際情況選取；隧道路面寬度小于 9.8 米，選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數K=174，單側布置噴頭，滿足噴霧強度 6.5L/min·m2。 隧道路面寬度大于 9.8 米，選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數K=174，雙側布置噴頭，滿足噴霧強度 6.5L/min·m2；泡沫水噴霧系統的強度≥6.5L/（min·m2），泡沫混合液噴射時間為20min，水噴霧防護冷卻時間≥60min，合計作用時間≥80min。泡沫混合液的濃度在3%～4%，所有隧道專用泡沫水噴霧噴頭處的壓力不小于0.35MPa；根據現場實際情況最終選用選用噴頭Q=5.4L/s，流量系數K=174，單側布置噴頭，最低工作壓力 0.35MPa。

綜合考慮以上因素，將保護長度定為60m，三組同時滅火，泡沫/水噴霧系統水量為64.8L/s，由泡沫閥組控制，利用雙波長火焰探測器的探測功能與感溫光纖有效結合，并根據監控中心無死角覆蓋監控，明火出現及溫度較高事故發生點位置，確定后控制任意前、后及中間三組水噴霧噴頭同時開放，這樣可有效地進行全覆蓋，無任何遺漏盲點，使泡沫/水噴霧系統滅火系統最大限度地發揮滅火作用，有效滅火，實現有效救援。

5.3 設備及管道布置

隧道共設兩處泵房，分別位于江北消防泵房和江南消防泵房。水泵選型即滿足江北端的消防泵房可供水至江北暗埋段及盾構段約一半長度的消防用水，江南端的消防泵房可供水至江南端的各匝道及盾構段約一半長度的消防用水，每處消防泵房均設消防泵、穩壓泵、泡沫罐、氣壓罐等；N 線盾構段泡沫/水噴霧系統的水噴霧干管為上層設置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管，S 線盾構段泡沫/水噴霧系統的水噴霧干管為上層設置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管，如下圖1 所示；供水干管分別在出消防泵房后、進入隧道前成環以及泵房供水分區的末端成環。其中兩根水噴霧干管在盾構段的兩端，并在干管的中部約200 米設置一根聯通環管，泡沫干管在盾構段的兩端成環，進閥組箱通過比例混合器實現混合。

圖1 管道現場布置圖

系統供水管道進入隧道的供水管前設有過濾器和控制閥信號閥和水流指示器，在系統供水上每200m 設置一只檢修蝶閥；消防給水管道穿越路面時應有保護措施，穿越結構變形縫須采取抗變形措施。為了防止極端情況下管道爆管，在系統供水管道上每200 米設置一套電動檢修閥，用于緊急使用，最大限度減小影響。 DN80 不銹鋼水成膜泡沫原液管道穿越結構變形縫時，須安裝不銹鋼伸縮接頭。泡沫原液管道上每200 米設置一套檢修閥，同樣在進入隧道的兩端泡沫原液管上設置信號閥和水流指示器等。隧道的每條隧道上、下層行車通道內，沿縱向劃分滅火分區，間距20m 左右設置隧道泡沫/水噴霧閥組箱，沿隧道行車方向左側布置，主管道規格為國標DN100 熱鍍鋅無縫鋼管，材質為內外壁熱鍍鋅無縫鋼管（內壁先鍍鋅后涂塑以減小管損），承壓等級不小于2.5MPa，閥體采用材質為304 及以上等級不銹鋼。每個閥組箱連接4 只泡沫水噴霧噴頭，噴頭單側布置，兩個噴頭的間距為5m。每個區段設置獨立的泡沫/水噴霧控制閥組箱（內含雨淋閥組、比例混合器、清水電磁閥、泡沫電磁閥、壓力表、信號蝶閥等設施）。泡沫與水按照比例混合有效實現滅火且泡沫水噴霧滅火系統在江南消防泵房設置10套水泵接合器，江北消防泵房水泵接合器5 套水泵接合器在突發事件中實現供水。在泡沫閥組箱內設放水管，消防測試及火災報警使用后管道及時放空，便于日常養護又避免了漏水事件。

6 結語

綜上所述，采用三組60 米的滅火區域有效地實現火災全覆蓋，避免了火勢左右蔓延的情況且采用泡沫/水配合的方式，達到及時降溫的效果，隨著越來越多長大雙層過江城市隧道的建設越來越多，里程越來越長，泡沫/水噴霧系統在火災應急事件中發揮了重要的作用，在火災來臨和發生時，在救援人員無法到達的時間范圍內，可以大大減少火災造成人員傷亡、財產損失；可以讓人們通行更加安全、放心、安心地行駛在便捷的道路上。