嚴寒地區地鐵長大坡隧道消火栓系統研究

魏隨旺

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安 710043）

0 引言

伴隨著城市化進程的加快，為實現城市半小時經濟圈，地鐵規劃已開始向城市周邊新區延伸。位于西北某城市的地鐵規劃線路出現了單個隧道長度4.183km，上升高度88.3m，線路最大坡度29‰，接近規范中正線的最大設計坡度。針對地鐵隧道火災的特點，消火栓系統作為地下隧道重要的固定消防設施，承擔著火災時及時滅火的重要任務。如何在該段隧道內設置消火栓系統，并解決長大坡隧道長、系統供水范圍大、高差大引起的管道超壓和濕式系統電伴熱保溫工程量大、用電量大的難題，是研究的重點內容。

1 隧道及水源概況

A 站至B 站段隧道為城區向郊區延伸的第一個隧道，該隧道線路上坡既下穿動脈鐵路、城市立交、高速公路，又跨河溝、穿越青山、上跨動脈鐵路，是典型的山嶺隧道。該段隧道其中某一段形式特征及水源條件見表1。

根據表1中隧道設計形式與參數，該地鐵隧道具有隧道長、高差大、地形復雜的顯著特點，被稱為“長大坡隧道”。

表1 隧道具體形式特征及水源

2 氣溫條件

長大坡隧道所在地冬季極端氣溫約-28.1C，日平均溫度低于5C 的天數長達136d，為嚴寒地區。

3 消火栓系統方案研究

3.1 方案一：A 站和隧道合設消火栓系統

A 站所在地水源為單路水源，因此在A 站設置消防水池和消防泵房，消火栓系統采用臨時高壓消防給水系統。消防水池有效容積儲存車站室內外消防用水量，可滿足隧道火災時用水量需求，同時消防泵組流量也滿足隧道消火栓系統流量要求。隧道上升高度高達88.3m，如果A 站與隧道合設系統，系統靜壓差超過1.0MPa，按照規定需要分區供水，因此方案一不可行。

3.2 方案二：A 站和隧道消火栓系統并聯分區供水

當A 站和隧道消火栓系統并聯分區供水時，雖然可以合設消防泵房，便于集中管理，但是需增加一套高區消防加壓穩壓泵組。經計算，消防加壓泵的揚程為120m，穩壓泵的揚程為110m，且由于隧道長度達4.18km，約2.9km 的隧道消防管道需要采用高壓消防管材。

該方案系統不但供水范圍過長，而且設備及管材、低壓配電用電負荷均增加，大大增加了工程造價。同時，由于高區系統壓力較大，管道接口滲漏的風險也大幅度增加，使行車安全存在較大隱患，因此方案二不可行。

3.3 方案三：A 站和隧道消火栓系統串聯分區供水

根據土建方案，A 站與4 號、7 號聯絡通道兼區間風井的間距、軌面高差，以及增壓泵站地面距軌面的高差數據統計見表2。

表2 串聯增壓泵站設置統計數據

利用A 站泵房作為一級泵站，如果在4 號聯絡通道兼區間風井處地下一層設置二級增壓泵站，經計算車站一級泵站消防泵揚程為80m，二級增壓泵站揚程為54m。如果在7 號聯絡通道兼區間風井處地下一層設置二級增壓泵站，經計算車站一級泵站消防泵揚程為105m，二級增壓泵站揚程為20m。在不考慮增加工程造價的情況下，兩種系統均造成A 站消火栓系統嚴重超壓，大大增加了安全隱患，因此方案三也不可行。

3.4 方案四：分段分區供水方案

根據表1，對長大坡隧道采取分段分區的消火栓系統供水方案。

3.4.1 隧道消防給水分區一

如圖1所示，經計算A 站消火栓系統保護到3 號聯絡通道時，隧道消防管道長度為1.588km，上升高度為19.1m，消防主泵揚程為50m，泵組從水池吸水水位差最小5m，可滿足隧道最不利點消火栓栓口0.25MPa 動壓要求。車站消火栓系統正常運行時，栓口動壓不超過0.7MPa。栓口動壓超過50MPa 時，采用減壓穩壓消火栓，車站及保護隧道的消火栓系統整體安全可靠。如保護到2 號聯絡通道，則車站消火栓系統不能有效利用規范規定的動壓減壓空間，如保護到4 號聯絡通道，則水泵揚程增加到67m 以上，車站及隧道部分栓口動壓將超過0.7MPa。

圖1 隧道消防給水分區（一）

3.4.2 隧道消防給水分區二

如圖2所示，結合隧道風井設置情況、出室外地面條件、水源條件，在7 號聯絡通道兼區間風井室外山坡上設置高位消防水池，對3 號—7 號聯絡通道的隧道設置常高壓消防給水系統，該隧道長度為1.9km，上升高度為49m。當高位水池最低水位距風井地面15m，風井地面至軌面13.6m，可滿足最不利消火栓栓口0.25MPa 動壓要求，同時滿足4 號聯絡通道兼區間風井地下一層消火栓栓口動壓0.25MPa 動壓要求，計算原理圖如圖3所示。超壓的栓口可采用減壓穩壓消火栓。

圖3 隧道消防給水分區（二）常高壓計算原理圖

3.4.3 隧道消防給水分區三

如圖2所示，7 號聯絡通道兼區間風井—隧道洞口長度695m，上升高度20.2m，且由于7 號聯絡通道兼區間風井處高位水池設置高度無法滿足洞口最不利消火栓栓口動壓要求，因此該隧道消火栓系統必須通過加壓供給。在該風井地下一層設置消防泵房，與室外設置的高位水池聯合對上坡隧道消火栓進行加壓供水。該段隧道管網設置干式消火栓系統，與風井內部濕式系統采用電動閥門相連。當該隧道發生火災時，FAS 系統打開電動閥門，同時聯動控制2 臺加壓泵和1 臺充水泵共同向隧道干式系統充水，隧道最高處以及每隔200m 設置一個快速排氣閥，經計算4min可充滿管道，充水計算詳見表3。

表3 管道充水時間計算表

圖2 隧道消防給水分區（二）和（三）

3.4.4 系統運營方式

隧道消防給水分區（三）的消火栓系統以濕式系統為主，干式系統為輔，干濕結合運營。當設置場所平均溫度大于5C 時，采用濕式系統運營，提高系統安全性。當設置場所平均溫度低于5C 時，泄空干式系統管道中的水，采用干式系統運營。運營中應加強消防泵、充水泵、電動閥門的監測和維護，確保系統安全可靠。

4 結論

結合土建及水源條件，對西北某嚴寒地區市域快線地鐵長大坡隧道消火栓系統進行了分析研究，結論如下：

其一，可以充分利用相鄰車站的消火栓加壓穩壓設備，供給一定范圍內爬坡隧道的消火栓系統，但供給距離不宜過長，否則會引起車站消火栓系統超壓；

其二，設置高位消防水池，對下坡隧道設置常高壓消火栓系統；

其三，在地勢較高的風井內設置消防泵房，對爬坡隧道設置干式消火栓系統；

其四，當室外環境溫度＞5C 時，干式消火栓系統可轉換為濕式消火栓系統運營。

研究結果表明，采用分段分區、干濕式組合的供水方式是解決嚴寒地區長大坡隧道消火栓系統的最佳方案。