鐵路長(zhǎng)大隧道消防設(shè)計(jì)探討

張志斌

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 概述

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路隧道越來(lái)越多，越來(lái)越長(zhǎng)，已建成的鐵路特長(zhǎng)隧道已達(dá)十余座［1］。若隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)控制及人員物資疏散都將極為困難，容易造成重大人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，甚至是極壞的政治影響。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已建成的鐵路長(zhǎng)大隧道中，部分參照國(guó)外為數(shù)不多的類似工程設(shè)計(jì)理念及經(jīng)驗(yàn)做了防災(zāi)救援及消防設(shè)計(jì)［2］，近年來(lái)，我國(guó)盡管已經(jīng)陸續(xù)編制了一些關(guān)于鐵路長(zhǎng)大隧道消防的規(guī)范、規(guī)程［1-3］，但仍然不完善、不具體、指導(dǎo)性較弱，因此，如何建成一套經(jīng)濟(jì)合理、成效顯著的隧道消防設(shè)施是工程設(shè)計(jì)及科研人員面臨的極為迫切的課題。

2 鐵路長(zhǎng)大隧道火災(zāi)特點(diǎn)［3-5］

鐵路列車(chē)火災(zāi)雖然可能發(fā)生在線路的任何地方，但長(zhǎng)大隧道內(nèi)火災(zāi)最難處理且后果最為嚴(yán)重，主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):(1)鐵路隧道為長(zhǎng)條形，空間狹小，列車(chē)行駛時(shí)，車(chē)廂內(nèi)換氣量比非隧道區(qū)段大數(shù)倍，火災(zāi)燃燒猛烈、溫度高、爆炸頻繁、產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，容易復(fù)燃，隧道內(nèi)溫度上升快且煙霧大;(2)隧道內(nèi)橫斷面小、道路狹窄、可視性差，若著火列車(chē)停在隧道中心時(shí)，乘客避難和救援極為困難，從洞口到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)距離較長(zhǎng)，救援設(shè)備和人員難以接近;(3)隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生后，滅火、恢復(fù)整治時(shí)間較長(zhǎng)，間接損失大;(4)隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生概率小，且具有位置上的不確定性，在全線隧道建消防設(shè)施及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入較大、難度高，因隧道內(nèi)環(huán)境較差，即使建好消防設(shè)施，維護(hù)也極不方便，很難保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)能完好工作。

3 隧道消防設(shè)計(jì)新思路

3.1 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)

長(zhǎng)期以來(lái)，鐵路隧道消防主要采用的是設(shè)置普通消火栓或封堵降氧等措施［4］，這些方法雖然成本低，工程難度小，但并不能有效撲滅大火;水噴淋一般只能安裝在隧道上部，如果列車(chē)內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，往往無(wú)法及時(shí)抑制或撲滅。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)具有用水量小、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其用于長(zhǎng)大隧道內(nèi)防災(zāi)救援站消防是近些年來(lái)的一種新思路。

3.1.1 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的滅火機(jī)理及組成［3］

高壓細(xì)水霧消火栓滅火系統(tǒng)是以水為介質(zhì)，通過(guò)人工干預(yù)以噴射細(xì)水霧的形式對(duì)預(yù)先的防火區(qū)域進(jìn)行滅火保護(hù)的一種消防設(shè)施。其滅火機(jī)理是:當(dāng)高壓細(xì)水霧直接噴射或被卷吸進(jìn)入火焰區(qū)時(shí)，由于其表面積大，吸熱較快，迅速汽化并降低氣相燃料及氧化劑的溫度，同時(shí)大量水蒸氣的存在也會(huì)降低反應(yīng)區(qū)的氧氣及可燃?xì)怏w的體積分量，并有效衰減熱輻射的傳遞，從而達(dá)到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減熱輻射、洗滌煙霧和廢氣等復(fù)合作用的滅火效果。

高壓細(xì)水霧消火栓系統(tǒng)由高壓泵組、固定管網(wǎng)、細(xì)水霧消火栓箱等組成。細(xì)水霧消火栓箱由細(xì)水霧噴槍、高壓膠管、消火栓啟動(dòng)按鈕、截止閥及連接管組成。

3.1.2 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的控制方式

高壓細(xì)水霧消火栓系統(tǒng)分遠(yuǎn)程控制和應(yīng)急操作2種控制方式。遠(yuǎn)程控制程序?yàn)?控制中心得知列車(chē)著火信息后，在列車(chē)還未準(zhǔn)確停靠救援站之前就啟動(dòng)泵組系統(tǒng)，使干式管網(wǎng)先充水，以節(jié)省滅火時(shí)間，當(dāng)列車(chē)抵達(dá)救援站滅火位置后，打開(kāi)消火栓即可滅火;應(yīng)急操作程序?yàn)?當(dāng)自動(dòng)控制與手動(dòng)控制失靈時(shí)，通過(guò)操作區(qū)域控制閥的手柄，啟動(dòng)系統(tǒng)滅火。

3.2 超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置

鐵路隧道內(nèi)人員疏散口及通風(fēng)、電力、電力牽引、通信、信號(hào)等設(shè)備洞室是保障隧道正常運(yùn)行的重要設(shè)施，有的本身還具有一定的火災(zāi)危險(xiǎn)性，若這些設(shè)備洞室發(fā)生火災(zāi)，將造成隧道內(nèi)照明、風(fēng)機(jī)、水泵停止正常電源供電，列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信以及列控信息的傳送也將受到影響。由于設(shè)備洞室平時(shí)無(wú)人值守，為了早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，及早通知隧道內(nèi)外的人員采取疏散和救援行動(dòng)，隧道內(nèi)重要設(shè)備洞室應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火裝置，同時(shí)配備手提式滅火器。常規(guī)氣體滅火一般只能用于密閉的條件下，而自動(dòng)超細(xì)干粉滅火裝置能用于非密封空間，且無(wú)管路、無(wú)線路，安裝使用方便，只需將滅火裝置懸掛固定于保護(hù)物上方就能有效地發(fā)揮撲救火災(zāi)的作用，安裝過(guò)程中對(duì)被保護(hù)設(shè)備無(wú)影響。

3.2.1 超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置的滅火機(jī)理［6］

自動(dòng)超細(xì)干粉滅火裝置內(nèi)充裝的滅火劑由具有滅火效能的無(wú)機(jī)鹽和少量的添加劑經(jīng)干燥、粉碎、混合而成微細(xì)固體粉末組成。自動(dòng)超細(xì)干粉滅火裝置滅火形式為局部全淹沒(méi)式，主要通過(guò)在加壓氣體作用下噴出的粉霧與火焰接觸、混合時(shí)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到滅火的目的，其滅火機(jī)理主要有3個(gè)方面:(1)超細(xì)干粉中的無(wú)機(jī)鹽揮發(fā)性分解物與燃燒過(guò)程中燃料所產(chǎn)生的自由基或活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)抑制和副催化作用，使燃燒的鏈反應(yīng)中斷而滅火;(2)超細(xì)干粉的粉末落在可燃物表面外，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層，從而隔絕氧，進(jìn)而窒息滅火;(3)濃云般的超細(xì)粉沫與火焰相混合時(shí)，分解吸熱反應(yīng)，可吸收火焰的部分熱量，具有稀釋氧和冷卻作用。

3.2.2 超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置的組成及配置

超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置由滅火劑貯存容器、啟動(dòng)釋放組件、壓力表、懸掛支架(座)等組成。每具滅火裝置同時(shí)具有兩種啟動(dòng)功能:即熱啟動(dòng)和定溫啟動(dòng)。

4 典型工程設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 武廣高速鐵路瀏陽(yáng)河隧道［7］

4.1.1 工程概況

武廣高速鐵路瀏陽(yáng)河隧道是我國(guó)已經(jīng)建成的第一座穿越大江、大河單洞雙線鐵路隧道，也是迄今為止國(guó)內(nèi)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最高的鐵路越江隧道［8］。隧道起訖里程分別為DIIK1560+785和DIIK1570+720，包括進(jìn)口明挖暗埋段1 489 m、暗挖段7 416 m和出口明挖暗埋段1 020 m，全長(zhǎng)9 935 m。隧道采用V字形縱坡下穿瀏陽(yáng)河，隧道最低點(diǎn)距離河床最低點(diǎn)約45 m。

4.1.2 主要設(shè)計(jì)原則

(1)隧道內(nèi)防災(zāi)和救援設(shè)計(jì)應(yīng)按“以防為主，以消為輔，防消結(jié)合，立足自救”的原則進(jìn)行，充分體現(xiàn)“以人為本”的理念［9］，采取安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理、維修方便的防火措施和消防手段;(2)隧道內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)按1處考慮;(3)隧道緊急救援站采用高壓細(xì)水霧消火栓系統(tǒng)定點(diǎn)消防，在救援站范圍內(nèi)任何地方著火均按2節(jié)車(chē)廂同時(shí)發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行保護(hù);(4)隧道內(nèi)部分設(shè)備洞室設(shè)超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置，在隧道內(nèi)設(shè)施處設(shè)置手提式干粉滅火器。

4.1.3 防災(zāi)救援站定點(diǎn)消防

隧道中心設(shè)防災(zāi)救援站1處，長(zhǎng)550 m，并配套設(shè)置疏散通道，詳見(jiàn)圖1。

隧道消防救援站范圍內(nèi)高壓細(xì)水霧消火栓箱設(shè)置間距為25 m，鐵路上下行側(cè)各設(shè)23組，共46組，消火栓箱內(nèi)設(shè)單栓，單栓流量為32 L/min，并配25 m高壓膠管2盤(pán)，噴槍2只。消防水源采用隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)滲水，經(jīng)鋼絲網(wǎng)骨架增強(qiáng)PE管引至消防水箱，水箱容積按持續(xù)噴霧時(shí)間2 h設(shè)計(jì)，容積為15 m3，高壓泵組從消防水箱內(nèi)吸水，引出2根DN32不銹鋼消防管道至各細(xì)水霧消火栓，一次滅火可同時(shí)啟用3支消火栓水槍。高壓泵組包括3臺(tái)高壓柱塞泵(2用1備)，2臺(tái)穩(wěn)壓泵(1用1備)，2臺(tái)補(bǔ)水泵(1用1備)，高壓泵組主要技術(shù)參數(shù)為 Q=100 L/min，P=14 MPa，N=30 kW，穩(wěn)壓泵主要技術(shù)參數(shù)為 Q=11.8 L/min，P=1.4 MPa，N=0.55 kW，補(bǔ)水泵主要技術(shù)參數(shù)為Q=10 m3/h，H=40 m，N=3 kW。消防平面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

為了防止隧道內(nèi)可能發(fā)生的A、B、E類火災(zāi)，在隧道兩側(cè)救援通道旁每隔25 m設(shè)置滅火器箱1組，全線共46組，箱內(nèi)設(shè)MFZL6型磷酸銨鹽干粉滅火器2具［10］，以供撲滅初期火災(zāi)時(shí)使用。

4.1.4 設(shè)備洞室消防設(shè)計(jì)

瀏陽(yáng)河隧道共設(shè)置3座電力供電箱變洞室，38座普通綜合設(shè)備洞室，洞室內(nèi)消防采用超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置。電力供電箱變洞室空間為118 m3，超細(xì)干粉滅火劑的設(shè)計(jì)濃度為0.12 kg/m3，配置場(chǎng)所危險(xiǎn)等級(jí)補(bǔ)償系數(shù)取1.2，防護(hù)區(qū)不密封度補(bǔ)償系數(shù)取1.1，所需滅火劑用量 Q=118 m3×0.12 kg/m3×1.2 ×1.1=18.69 kg，加上滅火裝置滅火劑剩余量(剩余率≤5%，按5%取值)，所需滅火劑總量為19.62 kg，因此，采用4具5 kg滅火裝置;其他綜合洞室的空間為50 m3，同理可計(jì)算出所需滅火劑總量為7.9 kg，采用2具5 kg滅火裝置。

3座電力供電箱變洞室及其他38座綜合洞室各設(shè)置3具4.0 kg的ABC干粉滅火器，共設(shè)123具。

4.2 蒙西至華中煤運(yùn)鐵路崤山隧道［11］

4.2.1 工程概況

蒙西至華中煤運(yùn)鐵路是我國(guó)“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，崤山隧道是全線最長(zhǎng)的隧道，也是國(guó)內(nèi)特長(zhǎng)山嶺隧道之一，屬于本項(xiàng)目的控制性工程，隧道為雙洞單線，左線全長(zhǎng)22 759 m，右線全長(zhǎng)22 764 m。

崤山隧道在中心處設(shè)緊急救援站1處，主要由人員疏散設(shè)施和消防設(shè)施組成，具有人員疏散和火災(zāi)撲救功能。人員疏散設(shè)施包括2座隧道間的連接橫通道、疏散救援平臺(tái)等，詳見(jiàn)圖3。

圖3 崤山隧道救援站地下結(jié)構(gòu)示意

4.2.2 隧道消防設(shè)計(jì)

蒙西至華中煤運(yùn)鐵路屬于客貨共線鐵路，隧道內(nèi)防災(zāi)救援站及設(shè)備洞室的消防方式同武廣高速鐵路瀏陽(yáng)河隧道相同，不同之處主要為隧道洞口設(shè)置了普通消火栓系統(tǒng)。

列車(chē)在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，凡能繼續(xù)運(yùn)行、均應(yīng)遵循“先將列車(chē)?yán)龆赐庠龠M(jìn)行列車(chē)解體及火車(chē)事故處理”的基本原則［2］。在本隧道兩側(cè)洞口設(shè)置了高位水池及消火栓，提供列車(chē)拖出洞口后火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)所需要的降溫、冷卻水量，并能保證消火栓所需的充實(shí)水柱，也可以保護(hù)滅火人員的安全。消防用水量取20 L/s，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間取4 h，消防水池容積應(yīng)至少為288 m3，設(shè)計(jì)取300 m3，在線路兩側(cè)各設(shè)置地上式消火栓1 座［12］。

5 結(jié)論

(1)鐵路長(zhǎng)大隧道中心設(shè)置的防災(zāi)救援站適宜采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，其用水量小、高效、環(huán)保，對(duì)隧道消防具有很強(qiáng)的針對(duì)性。

(2)鐵路長(zhǎng)大隧道內(nèi)綜合設(shè)備洞室采用超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置并配備ABC干粉滅火器，具有高效、經(jīng)濟(jì)、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

(3)由于目前國(guó)內(nèi)只有部分省份發(fā)布了關(guān)于高壓細(xì)水霧的地方標(biāo)準(zhǔn)，且未對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)選取、控制方式等作相應(yīng)的規(guī)定，超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置運(yùn)用于鐵路隧道洞室消防也尚處于開(kāi)始階段，因此，武廣高速鐵路瀏陽(yáng)河隧道及蒙西至華中煤運(yùn)鐵路崤山隧道的消防系統(tǒng)的驗(yàn)收和使用，可供類似工程設(shè)計(jì)借鑒，并將對(duì)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》修編提供參考。

［1］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.TB10020—2012 鐵路隧道防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2012.

［2］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.TB10063—2007 鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［3］中華人民共和國(guó)公安部，GB50898—2013 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

［4］吳國(guó)華，張劍，李勇，等.高壓細(xì)水霧消火栓滅火系統(tǒng)在鐵路特長(zhǎng)隧道消防中的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(9):85-87.

［5］史先偉.山區(qū)客運(yùn)專線的防災(zāi)救援及安全疏散方案［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(8):75-79，84.

［6］吳國(guó)華，李勇.超細(xì)干粉在客運(yùn)專線鐵路隧道設(shè)備洞室消防中的設(shè)計(jì)探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(8):86-88.

［7］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.武廣客運(yùn)專線瀏陽(yáng)河隧道防災(zāi)救援施工設(shè)計(jì)文件［Z］.武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013.

［8］孟江，黃盾.武廣鐵路客運(yùn)專線瀏陽(yáng)河隧道消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題探討［J］.鐵道建筑，2010(1):133-136.

［9］孫海富.石太鐵路客運(yùn)專線太行山、南梁長(zhǎng)大隧道防災(zāi)救援設(shè)計(jì)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(11):93-96.

［10］中華人民共和國(guó)公安部.GB50140—2005 建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

［11］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.蒙西至華中煤運(yùn)通道初步設(shè)計(jì)文件［Z］.武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013.

［12］中華人民共和國(guó)公安部.GB50016—2006 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.