汕頭市虎頭山隧道消防系統設計與探討

何瀟劍

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

1 引言

隨著城市建設的不斷發展，區域路網不斷完善，城市交通隧道修建的越來越多，與一般隧道相比，城市交通隧道交通高峰時間長，交通量峰值大。由于隧道建筑結構復雜，近乎封閉區間，一旦發生火災，人員疏散逃生和消防救援都比較困難。目前，國內規范標準不夠完善，尚無專門的城市交通隧道防火設計規范，進行工程設計時，一般參考相關規范[1-5]，GB 50016—2014《建筑設計防火規范》僅對城市交通隧道消防設計提出原則性標準，消防系統只有常規消火栓系統和滅火器，交通運輸部行業標準JTG D70/2—2014《公路隧道設計規范 第二冊交通工程及附屬設施》做了進一步完善，補充了固定式水成膜泡沫滅火裝置，至于自動滅火系統的設計，上述規范均未提出具體要求。因此，城市交通隧道消防系統設計時應根據具體工程特點進行優化設計，同時，對一些關鍵的技術問題進行深入探討。

2 工程概況

虎頭山隧道是汕頭市“東延、南拓”城市空間發展規劃的重要節點工程，項目起點位于虎頭山北麓，北接蘇埃海底通道，向南以隧道形式穿越虎頭山，隧道封閉段東線長度為640 m，西線長度為649 m，為城市主干道快速通道工程，距離隧道南端200 m 東側設有隧道管理附屬用房。

3 隧道消防系統方案分析與研究

虎頭山隧道以客運為主，同時，會有部分貨車通過，根據相關研究，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，根據國內城市交通隧道常用的消防系統，對下面3 種消防設計方案進行分析研究。

3.1 方案一：消火栓系統+滅火器

方案一是國內城市交通隧道消防設計的常用方案，消火栓系統一般以城市自來水或消防水池作為水源，消火栓在隧道一側按照一定距離間隔設置，滅火器在隧道兩側按照一定距離交錯設置，該方案可以有效撲滅A 類火災。固體物質著火后由于缺乏流動性，水體易附著于燃燒物表面，使燃燒物和空氣隔絕，從而有效撲滅A 類火災。對于B 類油類或流淌火災，控火滅火效果一般。滅火器使用方便、性能可靠，可以有效撲滅各類初期小范圍火災。

3.2 方案二：消火栓系統+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置

方案二是在方案一的基礎上增設了固定式水成膜泡沫滅火裝置，其主要用來彌補方案一對于B 類火災的缺陷，加強了城市交通隧道消防滅火效能，采用固定式水成膜泡沫滅火裝置，發生B 類油類或流淌火災時，在泡沫和水成膜的雙重作用下，能夠迅速冷卻并覆蓋油面，使燃燒物與空氣隔絕，以達到撲滅B 類火災的效果。

3.3 方案三：消火栓系統+滅火器+泡沫-水噴霧聯用滅火系統

該方案是在方案二的基礎上，由泡沫-水噴霧聯用滅火系統代替固定式水成膜泡沫滅火裝置，固定式水成膜泡沫滅火裝置需要人工手動，發生消防時屬于被動滅火，泡沫-水噴霧聯用滅火系統可以自動控制，亦可遠程操作，屬于自動滅火系統，加強了隧道消防滅火系統的設防標準。滅火時首先噴出泡沫，泡沫與水的混合比為3%，之后噴水進行冷卻。撲滅A 類火災時，泡沫液沿固體表面流淌并覆蓋于表面，比單純以水為滅火介質的覆蓋率更高，相對滅火盲點較少，滅火效果更好；撲滅B 類火災時，覆蓋于油面的泡沫，能隔絕空氣和抑止油氣蒸發，同時泡沫析出的液體又能對燃油起到冷卻作用，因此，對隧道內發生的油類火災及流淌火災，能在極短時間內撲滅。

根據上述分析研究，對3 種消防方案進行性能綜合比較，見表1。

表1 3 種消防方案性能綜合比較

方案三中泡沫-水噴霧聯用滅火系統是一種較新的隧道消防系統，近年來被國內外影響力較大的長大隧道廣泛使用，如汕頭蘇埃通道、深圳馬巒山隧道，日本東京灣隧道，但工程投資較高，一般適用于水下隧道和封閉段長度大于3 000 m的城市交通隧道，方案一設防標準較低，對B 類火災控火滅火效果極其有限，一般適用于封閉段長度小于500 m 的隧道。綜合考慮，汕頭市虎頭山隧道采用方案二較為合適，即隧道消防設計采用消火栓系統+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置。

4 隧道消防系統設計

4.1 消火栓系統

因隧道北部受場地限制，消防泵房和消防水池設置在隧道大里程端，消防水池有效容積為216 m3，從隧道南部規劃一路引入1 根DN200 mm 給水管，沿橋梁敷設至隧道北部洞口附屬用房，向消防水池補水，經消防泵房消防泵加壓后引出2 根DN150 mm 消火栓總管，沿2 條隧道縱向敷設，全線貫通，形成安全可靠的消火栓總管環網，隧道室內外消火栓共用消防管網。隧道消防最不利點位于西線小里程端洞口位置，消火栓壓力需求值約為0.62 MPa,為滿足要求，消防泵房內設置消防主泵2 臺（一用一備，流量Q=30 L/S，揚程H=65 m，功率N=35 kW），穩壓泵2 臺（一用一備，流量Q=3.0 L/s，揚程H=80 m，功率N=5.0 kW），氣壓罐1 個，有效容積300 L。

隧道室內消防用水量為10 L/s，室外20 L/s，最不利點水槍充實水柱不小于10 m，火災持續時間2 h。沿行車方向右側每隔40 m 設1 個消火栓箱，內設2 個單口單閥消火栓，2 根φ65 mm 麻質水帶，2 支φ19 mm 水槍，在總管最高點設放氣閥，在最低點設放水閥。

4.2 固定式水成膜泡沫滅火裝置

在隧道內所有消火栓箱處均共箱設置固定式水成膜泡沫滅火裝置。該裝置主要由水成膜泡沫液桶、軟管卷盤、負壓式比例混合器、泡沫噴槍、水龍帶導向架及消防按鈕等組成。其中，水成膜泡沫濃縮液濃度為3%，容量為40 L，系統設計流量為1 L/s，噴射時間不小于22 min，射程不小于6 m，主要供駕駛員或消防隊員滅火使用。

4.3 滅火器

隧道及設備管理用房按嚴重危險級考慮，在隧道車行道左側，每40 m 設1 個干粉滅火器箱，與消火栓箱交錯設置，內裝4 瓶5 kg 磷酸銨鹽干粉滅火器、防毒面具10 套。另外，在每個消火栓及水成膜泡沫滅火箱內再放置4 瓶5 kg 磷酸銨鹽干粉滅火器。虎頭山隧道消防系統布置圖如圖1 所示。

圖1 虎頭山隧道消防系統布置圖

5 隧道消防系統關鍵問題探討

5.1 對消火栓設置間距的探討

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》、JTG D70/2—2014《公路隧道設計規范第二冊交通工程及附屬設施》要求：當隧道內設置消火栓系統時，消火栓間距不應超過50 m，國內設計的城市交通隧道也大都按此執行，無論幾個車道的隧道消火栓間距都按50 m 設計，部分隧道較為保守，按45 m 取值，筆者認為這種設計方法過于機械，是否能夠滿足消防要求，還需要進行深入探討。隧道消防設計時，正確的做法應該是執行規范：“消火栓的保護距離應滿足同層2 支水槍2 股水柱同時到達”，按此要求進行計算確定，以汕頭市虎頭山隧道為例，隧道限界高5 m，隧道寬12.25 m，消火栓保護半徑為43.55 m，經計算，消火栓間距S 為：(43.552-12.252）0.5=41.79 m，取整，按40 m 考慮較為合適。隧道消火栓間距布置圖如圖2所示。

圖2 隧道消火栓間距布置圖

5.2 消防泵房與消防水池設置位置的探討

關于城市交通隧道消防泵房與消防水池的設置位置，規范沒有嚴格要求，消防設計時應根據具體情況進行研究分析，當隧道下穿自然水體或道路，附近地面沒有位置設置消防泵房和消防水池時，可設置于隧道行車入口端側墻上，泵房地面距離隧道出入口接地點應滿足消防規范要求，即不大于10 m，國內已經運營的典型隧道有洛新快速通道工程；當隧道穿越山嶺時，如出口兩端用地緊張，可取消消防泵房，僅設置高位消防水池，隧道內外消防系統采用常高壓方式，國內已經運營的典型隧道有深圳鹽田坳隧道；當城市交通隧道附近有位置設置附屬用房時，消防泵房和消防水池應優先考慮和附屬用房合建，既可以減少工程造價，又便于平時運營維護，汕頭市虎頭山隧道采用此種設計方案。

6 結語

1）城市交通隧道在目前規范不完善的情況下，應對多種消防方案進行比選，當隧道長度小于500 m 時建議采用方案一；當隧道下穿水域或長度超過3 000 m 時建議采用方案三；介于二者之間時采用方案二。汕頭市虎頭山隧道消防系統設計采用方案二，即隧道內設置消火栓系統、滅火器和固定式水成膜泡沫滅火裝置。

2）隧道消火栓間距應根據消防規范計算確定，不應簡單的取值50 m 或45 m，虎頭山隧道按照消防規范要求，經計算取值為40 m；隧道消防泵房與消防水池設置位置，規范未做統一要求，應根據隧道所處地理位置，周邊情況具體確定，虎頭山隧道采用與附屬用房合設的方案。

3）隧道各個消防系統的設計要滿足規范要求，當和規范不一致或規范未做具體要求時，要依據隧道本身的特點，對一些關鍵的技術問題進行探討，在此基礎上完成隧道消防系統設計。