城市隧道水消防設計要點探析

〔摘 要〕深圳市公常路—中山大學段隧道單洞長度較長、隧道空間較封閉、車流量放大。結合城市隧道的火災特點，依據《建筑設計防火規范》和各種城市隧道消防的技術標準，對該隧道的消防方案進行具體分析，最終確定采用消火栓系統+滅火器+泡沫—水噴霧的聯用滅火系統。對該工程的消防設計和參數選擇進行梳理，總結城市隧道消防系統的設計要點。

〔關鍵詞〕城市隧道；消防系統；泡沫—水噴霧聯用火系統；消防設計

中圖分類號： U453.8 " 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2024）05-0049-04

Analysis of Key Points in Water Fire Protection Design for Urban Tunnels

WEN Wei

（Institute of Municipal Design of China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong 518000， China）

Abstract" The tunnel of the Shenzhen Gongchang Road - Zhongshan University section is characterized in long single portal， confined tunnel space and large traffic flow. According to the fire characteristics of urban tunnels， Code for Fire Protection Design of Buildings， and fire technical standards for various urban tunnels， the paper makes a detailed analysis of fire protection scheme for the tunnel， and finally confirms a combined fire extinguishing system of the fire hydrant system + fire extinguishers + foam and water spray. In addition， the paper summarizes the key points of the design of urban tunnel fire protection system in the preparation of the fire protection design and parameter selection of the project.

Keywords" urban tunnels; fire protection system; foam-water spray combined fire system; fire protection design

深圳作為大灣區的中心城市，近年來城市交通建設不斷向空間和地下延拓，城市隧道發展迅速。城市隧道結構復雜且相對封閉，人員疏散困難，因此隧道的消防設計是隧道安全運行的重中之重。深圳市公常路中山大學深圳校區段下穿地下道路工程于2022年12月通過驗收并順利通車，目前運行良好。本文擬對該項目的消防設計，包括隧道室內外消火栓系統、泡沫—水噴霧系統、滅火器系統進行分析，以期為同類工程提供參考。

1" "工程概況

1.1" 工程基本情況

該工程位于深圳市光明區新湖街道，西起光僑路—公常路交叉口西側，經中山大學預選址范圍，向東經光明科學城在建范圍，終點至深圳與東莞交界處，全長約3.56 km，其中地下隧道長2.645 km（敞開段0.425 km，封閉段2.22０ km）。該隧道為干線性城市主干道標準，雙向6 車道，設計時速為50 km/h，采用鋼筋險閉合框架+U 型槽結構，閉合框架寬28.9 m。

1.2" 城市隧道的分類

城市隧道的分類依據是《建筑設計防火規范：2018版》（ GB 50016—2014）及地方規范。各地規范不同，分類略有差異，如深圳市工程建設標準《道路隧道設計標準》（SJG 80—2020）將隧道分為4類，上海的《道路隧道設計規范》（DG/TJ 08-2033—2017）以及《公路隧道設計規范》（ JTG D70/2—2014）則是根據隧道長度和交通量兩個維度將隧道劃分為5類。設計時應根據當地情況予以區分。本工程根據長度及用途，設計隧道等級為二級。

2" "消防系統的選擇

公常路隧道交通量遠期預測為35 760 pcu/d，單洞長為2 220 m。按依據《公路隧道設計規范交通工程第二冊交通工程與附屬設施》（JTG D70/2—2014）的劃分，該隧道屬于A+類。根據一級公路隧道消防設施與通道配置要求附屬設施配套（表1），需設置泡沫滅火系統[1]。

當地同類工程的做法亦可作為參考，例如深圳較長的隧道坂銀隧道采用了水噴霧自動滅火系統，而特長隧道馬巒山隧道則采用的是泡沫—水噴霧自動滅火系統。

公常路中山大學深圳校區段下穿地下道路工程為二類隧道，交通量大。根據規范要求，需要設置隧道的內、外消火栓系統，并配置滅火器。該工程定位為深圳西北部連接東莞的城市交通性主干道，主要承擔過境客貨運交通，并兼顧中山大學深圳校區、科創城等周邊用地的對外交通。在發生火災的情況下，大量通行的公交車、貨運車隧道內得到快速疏散及救援較為困難。如果在火災初期未能有效遏制火情，一旦火災擴大，將基本不具備二次撲救條件。因此，隧道消防設計應以撲滅初期火災為重點，增加泡沫—水噴霧聯用滅火系統，利用其偵測、報警、自動滅火功能，有效控制及撲滅城市隧道的A類、B類火災。

3" "城市隧道消防設計

本工程設置了隧道室內、室外消火栓系統，泡沫—水噴霧聯用滅火系統，并配置了滅火器。在隧道出入口設有10套水泵接合器（其中室內消火栓水泵接合器2套、水噴霧水泵接合器6套、泡沫液水泵接合器2套），均設有標志。以便針對不同系統進行補給和救援。隧道消防標準斷面布置見圖1。

3.1" 消防水源及水泵房

隧道消防水源采用市政管網。隧道出口消防水池的水源由隧道西側DN400給水管網上接出1根DN250進水管，再分出DN150消防補水管接入消防水池。消防水池的蓄水量根據隧道火災時消防系統的用水量確定。本項目共設置2座消防水池，分別儲存消火栓系統和泡沫—水噴霧系統的用水量。泡沫—水噴霧系統消防水池的蓄水量為252 m3，消火栓消防水池的蓄水量為216 m3。

在隧道出口管理設備房的旁邊設有1座消防泵房。隧道消火栓系統、泡沫—水噴霧系統均采用穩高壓的消防給水系統。平時管網壓力由穩壓裝置維持，泵房內設有2臺流量為20 L/s的消火栓泵（1用1備），2臺流量為70 L/s的水噴霧泵（1用1備），以及2臺流量為3.0 L/s的泡沫泵（1用1備）。泵站內消火栓系統、泡沫—水噴霧系統的系統圖如圖2、圖3所示。

3.2" 消火栓系統

國標規范及地方規范針對消火栓部分的條文較為明確，如《建筑設計防火規范：2018版》（GB 50016—2014）的第12.2條第2、5、6款，以及《道路隧道設計標準》（SJG 80—2020）的10.2.2條第1款等。依據上述規范，本工程隧道室外消火栓的用水量為30 L/s，室內消火栓的用水量為20 L/s，火災延續時間為3 h[2]。

本工程室外消火栓直接利用市政給水系統。市政現狀管線包括隧道西洞口西側1根DN400給水管、東側1根DN300給水管，隧道東洞口北側1根DN600給水管、南側1根DN400給水管，均滿足兩路供水要求。

室內消火栓采用穩高壓消防給水系統，來自消火栓泵的2根DN150管道供給整個室內環狀消火栓系統用水。環狀干管沿隧道縱向敷設，東西貫通，每隔5個消火栓設置中間連接管，形成相互連接的消火栓系統管網。平時管網高壓由氣壓罐及配套小泵保持。消防狀態下，管網壓力下降，則啟動主泵進行消防滅火。在隧道單側墻內，每隔40 m設置1個消火栓箱。消火栓箱內包含DN65消火栓接口2個、ψ65 mm×25 mm帶內襯水帶2卷、ψ19 mm專用消防水槍2個，以及含ψ19 mm消防軟管的卷盤1卷，并設置消火栓報警按鈕。以確保在消防工況下，能有4支水槍同時進行作業，并有2股充實水柱能同時到達隧道內的任何部位。隧道采用減壓穩壓型消火栓。消火栓箱立面如圖4所示。

消火栓管網中每隔5組消火栓設置1個蝶閥，以方便分段檢修。在管網最高點（開槽結構中）設置排氣閥，確保管道內水體不攜帶氣泡；在管網最低點設置泄水閥，方便調試及檢修。隧道內消火栓系統如圖5所示。

隧道消火栓系統的啟動方式有以下幾種：1）消火栓箱內的按鈕作為報警信號，其啟閉狀態受火災自動報警系統（FAS）監控。系統確認火災信號后，由控制中心遠程啟動消火栓泵。2）在泵房內手動啟動消火栓泵。3）控制中心遠程啟動。4）根據管網壓力變化自動啟動消火栓泵。

3.3" 泡沫—水噴霧系統

國標及地方標準對隧道內設置的泡沫—水噴霧聯用滅火系統參數，均有明確規定，如《泡沫滅火系統設計規范》（GB 50151—2021）第6.2.2條，以及深圳規范《道路隧道設計標準》（SJG 80—2020）第10.2.2條等。這些規范均要求泡沫—水噴霧系統的噴霧強度不應小于6.5 L/（min·m2），泡沫混合液噴射時間不應小于20 min，系統最不利點噴頭的工作壓力不應小于0.35 MPa[4]。

參考深圳馬巒山隧道同系統參數：噴霧強度≥6.5 L/（min·m2），最不利點處噴頭的工作壓力不應小于 0.35 MPa，泡沫混合液的混合比不應小于 3% ，持續噴射時間不應小于 20 min，噴霧時間不應小于60 min，系統的作用面積不宜大于 600 m2" [5]。本工程隧道內泡沫—水噴霧滅火系統噴霧供給強度為6.5 L/（min·m2），混合比采用4%，發泡泡沫噴射時間為22 min，泡沫—水噴霧系統的最不利噴頭處壓力不小于0.35 MPa，系統的作用面積為625 m2，設計泡沫用量為3 L/s。

隧道每隔25 m設置1個滅火分區，每個分區設置獨立的泡沫水噴霧控制閥組（內含雨淋閥組、泡沫閥組、比例混合器等）。在隧道側墻開槽，敷設泡沫—水噴霧滅火系統管道。每個分區單側布置5只噴頭（系數K=107，工作壓力為0.35～1.20 MPa），雙側共10只噴頭，各噴頭間距為5 m，單側長度為25 m。發生火災時，同時啟動著火分區及相鄰較近的防火分區的1組泡沫—水噴霧閥組。泡沫原液壓力大于水壓，進入混合器與水充分混合后產生發泡混合液，經噴頭噴射滅火。隧道內泡沫—水噴霧系統圖參見圖6。

來自噴淋泵的2根DN150管供給整個泡沫水噴霧系統用水。噴淋干管與消火栓系統干管平行敷設于隧道側壁，在水噴霧干管上隔5組控制閥組設1個檢修蝶閥，并在高點設置排氣閥，在低點設置泄水閥，平時管網高壓由氣壓罐及配套小泵保持。泡沫泵的２根DN65泡沫管供給整個泡沫—水噴霧系統泡沫液，沿隧道側壁與噴淋干管并排敷設，在泡沫干管上每隔5組控制閥組設檢修閥門，泡沫液管道壓力由泵房泡沫壓力罐維持。

泡沫—水噴霧泵組的啟動方式有報警、自動啟動、控制中心遠程啟動、泵房內手動啟動３種。其中，泡沫—水噴霧系統自動啟動的控制流程為：火災初起時，溫度和煙霧激發火災探測器報警。報警信號傳遞到控制中心，經核準為非誤報后，開啟雨淋閥。該閥門開啟3 s內，壓力開關啟動泡沫—水噴霧泵和泡沫泵。混合液經過混合器后，噴頭開始噴射泡沫液進行滅火。

3.4" 滅火器配置

按《建筑設計防火規范：2018版》（GB 50016—2014）要求，隧道兩側均設置滅火器。每40 m設置１個滅火器箱，布置在隧道內設有消火栓箱的一側，間隔的消火栓箱內也設置滅火器；對面側則將滅火器箱與消火栓箱（含滅火器）交錯布置。每個設置點配備4具5 kg裝的磷酸銨鹽滅火器。

4" "結論

綜上所述，深圳市公常路—中山大學段隧道單洞長2.22 km，隧道空間較封閉，車流量大，屬于二級隧洞。根據相關設計規范及當地同類項目做法，該項目水消防系統主要設計要點包括：1）隧道內設置開式的泡沫—水噴霧滅火系統，其中泡沫混合液供給強度6.5 L/（min·m2），泡液混合比例為4%，發泡混合液噴射時間為22 min，泡沫—水噴霧系統邊墻噴頭的最不利點壓力≥0.35 MPa。2）按一次火災，火災延續時間3 h計，室內消防用水量為20 L/s，室外消防用水量為30 L/s。3）隧道一側設置滅火器箱，隧道另一側設置消火栓箱（含滅火器），間距40 m，滅火器箱和消火栓箱交錯布置。

隧道的消防設計需根據隧道的分類和交通情況來選擇合適的消防系統。對于二類及以上交通流量較大的隧道，應選擇泡沫滅火系統以加強對B類火災的消防效果。是否選擇自動滅火系統可根據當地規范，并參考當地其他隧道消防系統的做法來決定。對于城市隧道而言，其火災類型主要分為A類和B類。泡沫—水噴霧聯用滅火系統能夠及時發現并快速響應隧道火災，對這種交通疏解困難的半封閉空間具有顯著的消防作用。該系統可在火災發生的初期快速滅火，并防止陰燃和復燃，不僅能極大地減少火災對隧道設施、車輛的破壞，而且能有效避免包括滅火人員在內的人員傷亡。因此，該系統適用于較大型隧道的高效消防系統。

另外，應該注意的是，規范規定消火栓間距不應大于50 m，但設計時要根據水槍數量、充實水柱計算選定，不能簡單地統一選用50 m。 JTG D70 /2—2014中明確了消防設施的選擇要求，技術人員在進行設計時可以參考，但要因地制宜。公路規范中水池的儲水時間較長，主要是考慮公路消防救援力量有限，對于城市隧道而言，則應不超過3 h為宜。

參考文獻

[1] 中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設計規范 第二冊 交通工程及附屬設施：JTG D70/2—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑設計防火規范：GB 50016—2014[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.消防給水及消火栓系統技術規范：GB50974—2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.泡沫滅火系統技術標準：GB50151—2021[S].北京：中國計劃出版社，2021.

[5] 黃光宇．特長城市隧道消防系統設計及參數選擇［J］．中國給水排水，2018，34（24）：79-81.

[6] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑滅火器配置設計規范：GB 50140—2005[S].北京：中國計劃出版社，2005.