城市交通隧道消防系統(tǒng)設(shè)計探討

摘要：目前，國內(nèi)關(guān)于城市交通隧道消防工程的技術(shù)標準有待進一步完善，為積極推動隧道消防安全，以某機場交通隧道為例，提出城市交通隧道的消防系統(tǒng)選擇原則，重點介紹隧道消火栓供水系統(tǒng)和隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的選定，消防泵站及穩(wěn)壓泵的具體參數(shù)選定和設(shè)計計算，探討了固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)和滅火器系統(tǒng)的具體布置，為類似工程的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：交通隧道；消防系統(tǒng)；消火栓系統(tǒng)；供水系統(tǒng)；水成膜泡沫滅火系統(tǒng)

中圖分類號：U459.2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1227（2024）08-0104-03

城市交通隧道為狹長形地下線性工程，近乎封閉區(qū)間，通風條件差，救援空間小，一旦發(fā)生火災，人員疏散逃生和消防救援都比較困難[1]，因此，結(jié)合具體城市交通隧道工程消防設(shè)計進行總結(jié)和探討，為相似項目提供參考。

1 項目概況

某機場交通隧道采用暗埋隧道形式下穿機場停機坪，并從地下延伸進航站樓內(nèi)側(cè)的地面層，最終與內(nèi)部陸域交通銜接，道路等級為城市主干路，設(shè)計為雙向六車道，隧道為雙洞布置形式，單洞建筑界限為12.25m×5m，隧道總長為2.14km。本隧道僅限通行非危險化學品等機動車，根據(jù)GB50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（簡稱《建規(guī)》）12.1.2條規(guī)定，本隧道屬于二類城市交通隧道，假定同一時間內(nèi)發(fā)生火災數(shù)按照一處計，見圖1。

2 隧道消防系統(tǒng)選擇

城市交通隧道的消防設(shè)計以《建規(guī)》、GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（簡稱《消規(guī)》）、GB50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》（簡稱《滅火器規(guī)》）作為主要設(shè)計依據(jù)，并參考JTGD70/2—2014《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設(shè)施》（簡稱《公隧消規(guī)》）。

根據(jù)《建規(guī)》《消規(guī)》的規(guī)定，二類城市交通隧道設(shè)計時均應設(shè)置消火栓系統(tǒng)、滅火器滅火系統(tǒng)，而根據(jù)《公隧消規(guī)》的要求，還應布置固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)。

固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)原理：發(fā)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。系統(tǒng)可結(jié)合消火栓系統(tǒng)布置，運維較為便利、投資較低，但需要手動控制，主要用于火災初期駕駛員或消防隊員滅火使用。B類火災亦為本隧道主要火災類型，故本隧道考慮同步設(shè)置固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)。

上述技術(shù)標準中均未涉及隧道自動滅火系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定，近幾年過江隧道、特長隧道等隧道引入泡沫-水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動控制及遠程操作，為自動滅火系統(tǒng)，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，對A、B類火災滅火效果均較好。泡沫-水噴霧聯(lián)用系統(tǒng)復雜、投資高、后期運維費用高，一般適用于水下隧道和隧道長度超過3km、火災撲救困難的大型隧道[2-3]。

本隧道長度為2.14km，結(jié)合考慮機場片區(qū)配套設(shè)施完善、預計較為及時的消防救援能力等因素，最終確定本隧道采用消火栓系統(tǒng)、固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)、滅火器滅火系統(tǒng)。

3 隧道消火栓系統(tǒng)設(shè)計

3.1 隧道消火栓供水系統(tǒng)選定

一般城市交通隧道消火栓系統(tǒng)可采用如下兩個方案：方案一：隧道頂或者隧道兩端有地勢高差可以利用，且沒有征地問題，可考慮采用高位消防水池供水的常高壓供水系統(tǒng)。方案二：項目周邊沒有地勢高差可以利用或者征地有問題，可采用市政管網(wǎng)+低位消防水池供水，通過消防水泵增壓供水的臨時高壓供水系統(tǒng)。

本項目下穿機場停機坪，地面較為平坦且不能在機場圍界范圍內(nèi)設(shè)置地面構(gòu)筑物，故本項目沒有條件設(shè)置常高壓供水消火栓系統(tǒng)，考慮采用臨時高壓供水系統(tǒng)。

3.2 隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)選定

根據(jù)《消規(guī)》規(guī)定，隧道外消火栓用水量為30L/s，隧道內(nèi)消防用水量消火栓20L/s（同時使用水槍4支），火災延續(xù)時間不小于3h；隧道內(nèi)的消防供水壓力應保證用水量達到最大時，最低壓力不應小于0.3MPa，隧道外消火栓供水壓力從地面算起不應小于0.1MPa，要求在隧道洞口附近設(shè)置水泵接合器和室外消火栓等。可見隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)所需流量和壓力均不同，且要求在隧道洞口設(shè)置水泵接合器，用于從隧道外消火栓取水補充隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)，故應考慮隧道內(nèi)外設(shè)置兩個獨立的消火栓系統(tǒng)。

鑒于隧道兩端洞口距離較長，隧道兩端洞口分別設(shè)置室外消火栓，且隧道外消火栓的用水量為30L/s，需解決室外消火栓系統(tǒng)干管連成環(huán)的問題。本項目隧道西側(cè)洞口有某機場供水站和一路DN600市政給水干管可以作為水源，隧道東側(cè)洞口有項目消防水池和一路DN600市政給水干管可以作為水源，且DN600市政干管水壓約為0.4MPa，機場供水站出水管水壓為0.35MPa，均滿足室外消火栓的壓力要求，即每個洞口均滿足兩路消防水源的要求，故考慮隧道外消火栓系統(tǒng)在隧道兩端洞口各自獨立成環(huán)，隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)在隧道內(nèi)獨立成環(huán)，隧道主線無需額外布置隧道外的消防干管。該方案一次性投資較小，管路系統(tǒng)簡單，后續(xù)管理與維護便利，見圖2。

3.3 隧道消火栓系統(tǒng)總體布置

隧道外每個隧道洞口水源引入后，通過DN200消防干管在隧道洞口附近連成環(huán)，并設(shè)置兩個地上式消火栓（SSF150/65）。

隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)，通過從隧道東側(cè)洞口附近的管理用房地下室的消防水池吸水，經(jīng)由消防泵房提升后，引出兩根DN150消防干管，沿隧道兩洞行車方向右側(cè)管溝內(nèi)各布置一根DN150消防給水干管，為保證供水可靠性，消防給水干管在隧道兩端洞口、人行橫洞、車行橫洞處設(shè)置DN150連通管，間隔40m設(shè)置一處消火栓箱，并在隧道兩端洞口處設(shè)置水泵接合器。消防干管上分段設(shè)檢修軟密封閘閥，閘閥上設(shè)置啟閉標志，平時全部開啟，檢修時根據(jù)需要局部關(guān)閉，并保證停止使用的消火栓每次不超過5個。消防管道采用內(nèi)外噴涂環(huán)氧樹脂復合鋼管，管道接口采用溝槽式連接。

3.4 消防水池設(shè)計

按照預留一次火災延續(xù)時間3h內(nèi)，隧道內(nèi)消火栓用水量（20L/s）、隧道室外消火栓用水量（30L/s）、固定式水成膜滅火裝置用水量（1L/s）的總和，則消防水池有效容積為（20+30）×3600×3/1000+1×60×22/1000＝541.32m3，取585m3，消防水池設(shè)置于隧道管理用房地下一層，分兩格，有效水深3.15m。

3.5 消防泵站工藝設(shè)計計算

根據(jù)《消規(guī)》規(guī)定，隧道內(nèi)的消防供水壓力應保證用水量達到最大時，最低壓力不應小于0.3MPa，當消火栓栓口處的出水壓力超過0.7MPa時，應設(shè)置減壓設(shè)施。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)與消火栓系統(tǒng)共用一個消防泵加壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求的最不利點處的最小壓力為0.35MPa，故隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)最不利點最小壓力P0采用0.35MPa。

經(jīng)復核，本隧道最不利消火栓為距離消防水池最遠的消火栓。最不利點消火栓栓口標高-0.62m，消防水池最低有效水位為2.2m，兩者幾何高差h為2.82m。DN150消防干管單位沿程水頭損失為0.007715mH2O/m，管道計算長度為1900m，按照沿程水頭損失20%計，則總的水頭損失為0.007715×1900×1.2=17.59m。根據(jù)《消規(guī)》規(guī)定，水頭損失安全系統(tǒng)k2可取1.2～1.4，本項目取1.2，消防水泵設(shè)計揚程：H=k2×總水頭損失+h+100×P0=1.2×17.59-2.82+100×0.35=53.29m，取55m。則選擇消火栓給水泵Q=20L/s，H=55m，N=30kW，兩臺，一用一備。

為滿足隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)在準工作狀態(tài)時靜水壓力要求，消防泵配套設(shè)置穩(wěn)壓泵。本隧道穩(wěn)壓泵與消防泵共同布置在隧道管理用房地下一層，消防水池最低水位標高2.2m，較最不利點消火栓栓口標高-0.62m高，穩(wěn)壓泵設(shè)計揚程HW可參照GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中設(shè)置高位水箱及上置式穩(wěn)壓泵的工況進行計算。

P=P-0.01H+（0.07～0.10） （1）

式中：P——穩(wěn)壓泵啟泵壓力，MPa；

P——最不利點消防設(shè)施的最低工作壓力，MPa，本隧道消火栓充實水柱長度按照10m計，約為0.16MPa；

H——消防水池最低有效水位和最不利消火栓栓口高差，m，為2.82m。

（0.07～0.10）——穩(wěn)壓泵設(shè)計壓力的增加值，本隧道取0.10MPa。

則，P=0.16-0.01×2.82+0.10=0.23MPa。

P=P+（0.05～0.06） （2）

式中：P——穩(wěn)壓泵停泵壓力，MPa。

（0.05～0.06）——穩(wěn)壓泵停泵壓力比啟泵壓力的增加值，本隧道取0.06MPa。

則，P=0.23+0.06=0.29MPa。

穩(wěn)壓泵設(shè)計揚程H=100×（P+P）/2=100×（0.23+0.29）/2=26m。穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量取1.0L/s，則穩(wěn)壓泵主要參數(shù)Q=1.0L/s，H=26m，兩臺，一用一備，配套氣壓水罐SQL800×0.6一套。

3.6 隧道內(nèi)消火栓設(shè)施布置

《建規(guī)》《消規(guī)》對于單洞三車道的隧道，要求消火栓間距不大于50m，參考《公隧消規(guī)》要求，消火栓間距不應大于40m，考慮按照嚴格的條文執(zhí)行，即隧道內(nèi)消火栓間距按照不大于40m布置。消火栓箱設(shè)施：兩個單出口消火栓及PMZ30型水成膜泡沫滅火裝置各1組，消火栓箱內(nèi)裝兩個SN65減壓穩(wěn)壓消火栓、QZ19水槍、DN65滌綸襯膠水龍帶25m各2個、消防啟泵按鈕1個。

4 固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計

固定式水成膜泡沫設(shè)備與隧道內(nèi)消火栓設(shè)備共用箱體，一個箱內(nèi)配備水成膜泡沫液不銹鋼罐1個，泡沫液濃度3%，泡沫液貯量為30L，DN25、長度25m軟管1組，泡沫噴槍1支，設(shè)計流量1L/s，噴射滅火時間≥30min，噴射距離≥6m，發(fā)泡倍數(shù)≥4.5，最不利點噴頭壓力為0.35MPa，進水管上配備有壓力計、過濾器、供水閥等設(shè)施。

5 滅火器系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)《滅火器規(guī)》規(guī)定，隧道為A、B類火災場所，中危險級，根據(jù)《公隧消規(guī)》規(guī)定，隧道單洞為三車道時，宜在單洞兩側(cè)交錯設(shè)置滅火器。本項目考慮在每孔隧洞兩側(cè)交錯布設(shè)滅火器，單邊間距約40m，每組滅火器箱，內(nèi)設(shè)MJPZ6型手提式水成膜泡沫滅火器1個，MF/ABC5型手提式多用途干粉滅火器3個及報警按鈕1個。

6 結(jié)束語

城市交通隧道消防系統(tǒng)應結(jié)合隧道是否允許通行危險化學品等機動車、隧道長度、隧道車道數(shù)等因素綜合考慮。隧道長度不超過3km且僅限通行非危險品機動車的二類城市交通隧道建議布置消火栓、固定水成膜、滅火器等消防系統(tǒng)。隧道內(nèi)外消火栓系統(tǒng)建議互相獨立，各自成環(huán)布置，便于后續(xù)起火時從隧道洞口水泵接合器往隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)補水。隧道兩端洞口若滿足2路消防水源的要求，可考慮隧道兩端洞口室外消火栓系統(tǒng)分別成環(huán)，不需要沿隧道敷設(shè)室外消火栓系統(tǒng)干管連通兩端洞口室外消火栓，以節(jié)約投資、降低后期運維難度。

參考文獻

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