淺談高速公路長(zhǎng)隧道消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

倪卓敏

【摘 要】本文結(jié)合工程實(shí)例，主要介紹了造成長(zhǎng)隧道火災(zāi)的起因，消防方案選擇，消防設(shè)計(jì)原則，幾種主要消防設(shè)施簡(jiǎn)介以及光纖感溫系統(tǒng)在消防中的作用。

【關(guān)鍵詞】高速公路隧道；防火滅火；消防設(shè)計(jì)；光纖感溫系統(tǒng)

1.引言

隨著改革開放的深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展取得了巨大的成就，高速公路建設(shè)事業(yè)也取得蓬勃發(fā)展。長(zhǎng)隧道的規(guī)模和數(shù)量日益增多，加上現(xiàn)代化交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，嚴(yán)重增加了隧道火災(zāi)的危險(xiǎn)性。如果發(fā)生火災(zāi)，撲救非常困難，往往造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡。所以在隧道設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該堅(jiān)持以"預(yù)防為主，防消結(jié)合"的方針政策， 采取有效的防火以及滅火措施，設(shè)計(jì)高有效的消防系統(tǒng)，這才是關(guān)鍵所在。

2.火災(zāi)的種類及特點(diǎn)

隧道可能發(fā)生的火災(zāi)類別大概有4種。第一類是指列車裝載的可燃固體燃燒；第二類是指列車裝載的可燃液體或列車的油箱燃燒的火災(zāi)；第三類是指列車轉(zhuǎn)載的可燃燒氣體導(dǎo)致的火災(zāi)；第四類為帶電物體燃燒導(dǎo)致的火災(zāi)。

由于受隧道空間的限制，發(fā)生火災(zāi)后火焰和煙霧無法向上擴(kuò)散，迫使其往縱向擴(kuò)散，以至于很快充滿隧道。這就給人員疏散和滅火造成非常大的困難。

3. 防火與滅火措施

3.1 防火措施

根據(jù)隧道火災(zāi)的原因，在消費(fèi)設(shè)計(jì)中通常采取以下6種措施：

（1） 在隧道進(jìn)口設(shè)立管理站，嚴(yán)格加強(qiáng)交通安全和消防管理；

（2） 限時(shí)限速，限制易燃易爆品和其他危險(xiǎn)品載入隧道；

（3） 各種電氣線路必須配有保護(hù)套，另外電纜采用阻燃電纜；

（4） 長(zhǎng)隧道內(nèi)要多設(shè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，每隔一段要設(shè)立事故報(bào)警按紐， 還有安全通道、應(yīng)急燈以及通風(fēng)機(jī)等；

（5） 選用抗高溫、耐潮濕的防火涂料；

（6） 所有燈具、電話箱、滅火設(shè)備箱體均要求用非燃燒材料制作。

3.2 滅火措施

根據(jù)隧道以及火宅等特別，起火原因等，滅火措施常用形式一般包括消防栓滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、水成膜泡沫滅火系統(tǒng)3個(gè)系統(tǒng)

3.2.1 消火栓滅火消防系統(tǒng)

消防栓滅火系統(tǒng)非常有限，對(duì)以下起火不起作用：1、閃點(diǎn)≤28°C）的易燃液體，2、閃點(diǎn)≥28℃的易燃液體，3、閃點(diǎn)≥60℃的易燃液體。這時(shí)候不僅起不到作用，相反有時(shí)會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)蔓延。

3.2.2 空氣泡沫滅火消防系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用其產(chǎn)生的泡沫層對(duì)易燃、可燃液體完全覆蓋，因此具有一定滅火作用，但這種方法對(duì)油罐車傾覆后流散出來的易燃液體達(dá)不到完全覆蓋， 因而也起不到徹底地滅火效果。

3.2.3 水成膜泡沫滅火消防系統(tǒng)

目前我國(guó)大多數(shù)采用水成膜泡沫滅火消防系統(tǒng)。這種方法有AFFF和AFFF/ATC兩種類型泡沫劑。它不僅具有一般泡沫滅火劑的作用，還可以在燃燒物的表面形成水膜，隔離空氣。很快就可以成為一個(gè)隔熱屏障，吸收熱量，釋放出蒸汽，從而稀釋燃燒物面上的空氣含氧量，達(dá)到降低溫度，阻止燃燒，從而滅火。

另外，水成膜泡沫滅火劑在發(fā)泡的時(shí)候所需的能量很少，泡沫流動(dòng)性能也很好，并且具有自封能力強(qiáng)，滅火速度快等高效的特點(diǎn)。同時(shí)該法已為歐美各國(guó)隧道消防中廣泛使用，也成為國(guó)內(nèi)隧道最主要、有效的滅火系統(tǒng)。

4. 消防設(shè)計(jì)原則

列車車輛所用的材料要做到不可燃，還需設(shè)置一定的消防設(shè)施，具體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）必須 “以防為主，防、消結(jié)合”，加強(qiáng)對(duì)進(jìn)隧道車輛的安全檢查措施，嚴(yán)格杜絕把火災(zāi)隱患帶入隧道中；

（2）對(duì)列車輸送人、貨貨物，要把旅客列車、油罐車當(dāng)成消防重點(diǎn)；

（3）水源、泵房、水池要單獨(dú)設(shè)置，長(zhǎng)隧道內(nèi)應(yīng)該每隔50米設(shè)置消防栓箱和水成膜泡沫滅火系統(tǒng)；

（4）消防系統(tǒng)應(yīng)該采用水成膜泡沫滅火系統(tǒng)，消防用水量最好按照同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)來考慮；

（5）用水量：洞內(nèi)按2個(gè)消火栓（4支水槍），每支水槍出水量5L/s計(jì)；洞外消火栓按10L/s計(jì)。

（6）火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按4-6小時(shí)考慮；

以作者所在的樂昌至廣州高速公路項(xiàng)目為例，樂廣高速坪石至樟市段全長(zhǎng)約160km，共19座隧道需進(jìn)行消防設(shè)計(jì)，其中隧道長(zhǎng)度500m以下的隧道7座，隧道長(zhǎng)度大于500共12座，其中大瑤山一號(hào)隧道及長(zhǎng)基嶺隧道長(zhǎng)度大于3000m。隧道內(nèi)的火災(zāi)主要以汽車交通事故或汽車燃燒引起火災(zāi)為主，火災(zāi)類型有A、B、C類與金屬火災(zāi)，其中主要以B類火災(zāi)為主，隧道消防系統(tǒng)根據(jù)此特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》以及現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，并根據(jù)隧道長(zhǎng)度及交通量的大小確定隧道消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模。

跌馬橋隧道、天頂隧道等6座隧道長(zhǎng)度較短，每座隧道內(nèi)消防設(shè)施均僅需配置化學(xué)滅火器系統(tǒng)即可。滅火器洞室設(shè)置間距為50m，隧道行車方向右側(cè)布置；每個(gè)滅火器洞室內(nèi)放置手提式磷酸銨干粉滅火器（MF/ABC6）7具。

大瑤山一號(hào)隧道、長(zhǎng)基嶺隧道等12座長(zhǎng)隧道設(shè)置水消防滅火系統(tǒng)。其中消防栓洞室與滅火器洞室同設(shè)一處，隧道行車方向右側(cè)布置，設(shè)計(jì)間距50m。每處洞室設(shè)MF/ABC8型干粉滅火器3具，SN65單頭雙栓減壓穩(wěn)壓消火栓一個(gè)，25m水龍帶兩條，19mm開花直射水槍兩個(gè)，SPMZ30型水成膜泡沫滅火系統(tǒng)一套，選用抗寒型泡沫液。

隧道消防設(shè)施配置表

5. 光纖感溫在消防中的應(yīng)用

5.1 光纖感溫系統(tǒng)的特點(diǎn)

隧道中的火災(zāi)多數(shù)是開放性的，它帶有濃煙，其熱輻射率高達(dá)數(shù)兆瓦級(jí)，在幾分鐘內(nèi)便可以形成大火。 通常一起火災(zāi)在8—10分鐘完全形成。如果當(dāng)有燃料泄漏時(shí)， 1-3分鐘內(nèi)便完全可以形成火災(zāi)。而很多“隧道火災(zāi)”實(shí)例的測(cè)試表明，在大約5分鐘，火災(zāi)車輛的溫度升至約200攝氏度。 在嚴(yán)重火災(zāi)發(fā)生的4分鐘內(nèi)，火災(zāi)上方的熱空氣層可以測(cè)試到溫度每分鐘上升50攝氏度左右。

隧道通風(fēng)溫度測(cè)試有很大影響。在縱向風(fēng)大于2m/s時(shí)，火焰向上飄動(dòng)，火災(zāi)點(diǎn)頂部的溫度僅達(dá)到60攝氏度。不僅如此，在距火災(zāi)發(fā)生地20米遠(yuǎn)的位置，其頂部溫度降到50攝氏度以下。因此，在高速氣流時(shí)熱幅射的升溫梯度是一個(gè)非常好的報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

為了確?；馂?zāi)報(bào)警的可靠，火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)要能夠記錄開放式火災(zāi)的輻射區(qū)域。另外由于表面熱幅射所傳遞的溫度要比熱氣體對(duì)流所傳遞的要快很多，所以火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能夠迅速探測(cè)溫度這個(gè)變化。最新的光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)就提供了幾乎完美的探測(cè)性能。下面對(duì)其簡(jiǎn)單介紹。

經(jīng)過物理實(shí)驗(yàn)知道：溫度、壓力和張力會(huì)影響玻璃纖維。并且能夠改變光纖中的光線傳導(dǎo)特性，從而使光線在傳導(dǎo)中會(huì)發(fā)生散射，并且會(huì)在石英玻璃纖維中發(fā)生衰減，故產(chǎn)生外部物理影響的具體位置就能夠被確定，因此光纖就能夠作為一種線性的傳感器。

光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)是一種利用光纖作為感溫探測(cè)器的高端新技術(shù)，基本原理在于利用光纖中石英分子鍵受溫度變高而產(chǎn)生的一類振動(dòng)。而這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在光纖中傳導(dǎo)的光產(chǎn)生散射，根據(jù)散射量的大小可以計(jì)算出溫度的變化。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)就是將環(huán)境溫度這種變化以連續(xù)的線性方式顯示出來。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)嶄新的技術(shù)是可以準(zhǔn)確地定位溫度變化的確切位置。系統(tǒng)通過OTDK、OFDR（光時(shí)域及光頻域反射測(cè)量法）及連續(xù)FFT（快速傅立葉變換）對(duì)訊息進(jìn)行外理，將微小的時(shí)空差別以頻率方式體現(xiàn)出來實(shí)現(xiàn)精確定位，從而構(gòu)成一套精密的光纖線性感溫探測(cè)系統(tǒng)。

5.2 光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)在隧道中的使用

仍以樂廣高速公路為例，采用分布式光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)，主要包括：光纖測(cè)溫主機(jī)、探測(cè)光纖和光纖接線盒、火災(zāi)報(bào)警控制器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、監(jiān)視模塊等。

（1）光纖測(cè)溫主機(jī)

依據(jù)后向拉曼（Raman） 散射效應(yīng)，光纖測(cè)溫主機(jī)通過連接的探測(cè)光纖組成了一個(gè)智能的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)報(bào)警區(qū)域長(zhǎng)度及報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行整體編程。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用，不同的報(bào)警點(diǎn)既可以為定溫報(bào)警，也可以為差溫報(bào)警。報(bào)警點(diǎn)及區(qū)域長(zhǎng)度可調(diào)整到符合實(shí)際狀況。設(shè)置于隧道口變電所的監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)柜中。

（2）手動(dòng)報(bào)警按鈕

手動(dòng)報(bào)警按鈕用于現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)火警后向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，當(dāng)人工確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)后，按下此鈕，即可向火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制主機(jī)接受到報(bào)警信號(hào)后，顯示出報(bào)警按鈕的編號(hào)或位置并發(fā)出警報(bào)。每50m設(shè)置于隧道內(nèi)消火栓旁，安裝在隧道壁1.5m高處，便于使用及維修。

（3）火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)

火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)接收來探測(cè)器和手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的信號(hào)，并通過標(biāo)準(zhǔn)通信端口及光端機(jī)將信號(hào)傳送到隧道管理站或監(jiān)控（分）中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)火災(zāi)報(bào)警主機(jī)通過連接就近本地控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的冗余傳輸。設(shè)置于隧道口變電所的監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)柜中。

（4）探測(cè)光纖

探測(cè)光纖沿隧道縱向拱頂安裝，光纖傳感器安裝在隧道的拱頂居中位置，光纖外套上標(biāo)明長(zhǎng)度的標(biāo)識(shí)，以便與隧道的長(zhǎng)度對(duì)照。光纖采用強(qiáng)度高的線夾和支架進(jìn)行固定。

（5）實(shí)施方案

當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警主機(jī)發(fā)生報(bào)警并將信號(hào)傳送至隧道現(xiàn)場(chǎng)管理站，由隧道現(xiàn)場(chǎng)管理站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收，并由交通控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息管理并報(bào)警。

火災(zāi)報(bào)警控制器可收集隧道內(nèi)手動(dòng)報(bào)警按鈕、光纖感溫主機(jī)反饋的報(bào)警信息和工作狀態(tài)，并上傳到監(jiān)控中心火災(zāi)報(bào)警工作站。

火災(zāi)報(bào)警控制器應(yīng)有事件記憶功能，并具有時(shí)間設(shè)定、自動(dòng)登記與顯示、復(fù)位、探測(cè)器巡檢和控制器測(cè)試等鍵盤操作功能，并能外接便攜機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試、維修及打印。

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