武漢東湖通道工程水下隧道消防設計

王松林

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢　430063)

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武漢東湖通道工程水下隧道消防設計

王松林

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢430063)

摘要：針對武漢東湖隧道工程特點，采用多種消防系統(tǒng)共同承擔東湖隧道消防體系，其中隧道車行道的暗埋段和半敞口段采用消火栓系統(tǒng)及泡沫-水噴霧系統(tǒng)，主線隧道及匝道的敞開段采用消火栓系統(tǒng)，隧道設備間采用無管網(wǎng)超細干粉滅火，同時在隧道內(nèi)配設滅火器。重點闡述消火栓系統(tǒng)及泡沫-水噴霧系統(tǒng)的組成及布置、設計參數(shù)選取、設備選型。為達到噴頭均勻布水的要求，根據(jù)隧道車行道寬度不同，選擇不同噴頭按不同間距采用雙側(cè)或單側(cè)布置，滅火時啟動1臺或2臺消防泵。另外對隧道火災報警系統(tǒng)的組成、火災報警設施類型、系統(tǒng)功能等進行簡要說明。

關鍵詞：東湖隧道；消防系統(tǒng)；設計

武漢東湖通道工程是國內(nèi)最長的城中湖隧道工程，計劃于2014年12月建成。該工程采用隧道穿越東湖風景名勝區(qū)，水下隧道在運營管理期間的通風、照明、排水、消防等系統(tǒng)對隧道的正常運營安全至關重要。然而迄今為止，我國尚未制定一套全面系統(tǒng)的水下隧道消防設計及施工的工程建設標準。為此，結(jié)合東湖通道工程的消防系統(tǒng)設計實例，對水下特長隧道消防系統(tǒng)設計進行探討。

1工程概述

東湖通道工程起于二環(huán)線水東段紅廟立交，止于光谷大道虹景立交，全長約12.8 km，由“橋—隧—隧—路”組成，穿越東湖核心區(qū)的隧道段長7.018 km，團成山隧道段長1.264 km。東湖隧道為雙洞雙向6車道，主線寬33.8 m，隧道結(jié)構(gòu)凈空為6.10 m，最小覆土厚度1.0 m。設有3對進出隧道的匝道，設計車速60 km/h；總投資達75.7億元。

隧道防洪水位按百年一遇，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，防水等級為二級，地基基礎設計等級為乙級，按7度抗震設防，承重結(jié)構(gòu)體的耐火極限2 h，主體工程設計使用年限100年。

2城市水下交通隧道消防方式確定

2.1滅火劑的種類

城市交通隧道火災以汽車相撞引發(fā)的A、B類火災最為常見，以汽車火災為主，而汽車火災以油類燃燒為主。撲滅隧道火災的滅火劑有水、泡沫滅火劑、CO2滅火劑、干粉滅火劑等。

水是一種最常用、最廉價的滅火劑，可用于撲A類火災，同時還有冷卻降溫和沖淡稀釋作用。

泡沫滅火劑密度小、流動性好、持久性和抗燃性能強、導熱性能低、黏著力大、能浮蓋在著火的液面上形成一道嚴實的覆蓋層，使液面與燃燒區(qū)隔絕，阻止燃燒進行，主要用于撲救B類火災，其中水成膜泡沫滅火劑(親水泡沫滅火劑)是改性后的泡沫滅火劑，特別適用于撲滅隧道內(nèi)的汽油火災。

干粉滅火劑是干燥微細且易于流動的固體粉末，由無機鹽和少量的添加劑經(jīng)干燥、粉碎、混合而成的微細固體粉末組成，主要用于滅火器中。ABC干粉(磷酸銨鹽)滅火劑可用于撲救除活潑金屬外的其他各類火災，對火災種類復雜的隧道特別適用。

2.2消防系統(tǒng)的確定

針對隧道火災的類型、火災燃燒階段以及火災發(fā)生部位，常由幾個消防子系統(tǒng)共同組成隧道消防系統(tǒng)。目前城市隧道消防中常采用水消防、滅火器、氣體滅火等。

滅火器是初起火災的重要滅火工具，因操作簡單、使用方便、性能可靠，能及時撲滅隧道內(nèi)各類火災，是《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定必備的消防設施。

在公路隧道中，水作為主要滅火劑，常設計成消火栓系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水成膜消火栓系統(tǒng)、泡沫-水噴霧系統(tǒng)等。

消火栓系統(tǒng)是成熟可靠的消防系統(tǒng)，是隧道內(nèi)、外最基本、最直接的滅火設施，可在火災初期時滅火和防止火災擴大，能撲滅多種類型火災。

水噴霧系統(tǒng)用作控火及防護冷卻；工作性能穩(wěn)定、滅火效率高、使用壽命長、不污染環(huán)境、維護方便。

通常，撲滅交通隧道B類火災的固定滅火系統(tǒng)主要有水成膜消火栓系統(tǒng)和泡沫-水噴霧系統(tǒng)兩種。

水成膜消火栓系統(tǒng)是與消火栓系統(tǒng)結(jié)合工作，一般是兩股水流射向著火點，不設感煙、感溫探測點，不分區(qū)，采用手動控制。

而泡沫-水噴霧系統(tǒng)通常由泡沫消防系統(tǒng)和自動噴水系統(tǒng)組成。兩系統(tǒng)相互獨立，設有各自的消防加壓及管道系統(tǒng)，在雨淋報警閥后管道及噴頭共用，設有感煙、感溫探測系統(tǒng)，應分區(qū)，采用自動、手動控制。

泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)具有水噴霧和泡沫系統(tǒng)的共同特點，發(fā)揮泡沫滅火和水噴霧冷卻、控火的優(yōu)勢，具有極強的滅火能力，可大幅度提高對B類火災和A類火災的滅火效能，是目前較為先進的隧道滅火系統(tǒng)。

超細干粉滅火劑常制成體積較小的滅火器使用，也有設計成管道系統(tǒng)，主要用于電氣滅火。

綜上所述，東湖隧道內(nèi)設置消火栓系統(tǒng)、泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)、滅火器裝置、超細干粉自動滅火系統(tǒng)。團成山隧道內(nèi)設置消火栓系統(tǒng)、滅火器裝置。

因篇幅原因，僅對東湖隧道的消防滅火系統(tǒng)的設計進行探討。

3消火栓系統(tǒng)

3.1消防水源

隧道消防水源采用城市自來水，從隧道兩端的城市給水干管上各引1路自來水至洞口處的消防泵房。消防泵房處各設2座400 m3消防水池。

3.2設計原則

(1)在隧道全線(包含進出口及中間敞開段)和匝道全線設消火栓；

(2)一處失火，4股充實水柱同時到達；

(3)洞口內(nèi)消防用水量20 L/s，最不利點水槍充實水柱≥10 m，火災延續(xù)時間3 h；

(4)洞口外消防用水量為30 L/s，火災延續(xù)時間2 h。

3.3系統(tǒng)布置3.3.1隧道內(nèi)

(1)消火栓干管

主線隧道：從隧道兩端消防泵房分別引出2根DN200的消火栓總管，沿每孔隧道行車方向右側(cè)縱向敷設，全線貫通，形成環(huán)狀總管。

匝道內(nèi)的消防干管從主線隧道消防環(huán)管上就近接管，管網(wǎng)為枝狀。

(2)消火栓

每50 m(匝道并線段為40 m)設置暗裝消火栓箱，內(nèi)設DN65單閥單出口消火栓2個、19 mm噴嘴的水槍2支、報警、啟泵按鈕等配套設施。

(3)附屬設施

每隔5個消火栓箱設1個檢修蝶閥，最低處設排水閥，最高處設排氣閥。

3.3.2隧道外

在每座消防泵房附近均設2座消火栓水泵接合器和8座水噴霧水泵接合器，分別與消防泵房內(nèi)對應的水泵出水管相連；并在水泵接合器附近15～40 m范圍內(nèi)的市政管道環(huán)管上相應設置10座室外消火栓。

在隧道口、匝道口以及隧道中間半敞開段兩端的市政道路環(huán)管上各設置2座室外消火栓，供隧道敞開段消防用水。

3.4計算條件及設備選型3.4.1計算條件

(1)管網(wǎng)設計流量為20 L/s，火災延續(xù)時間3 h；

(2)最不利點：距隧道中部聯(lián)絡通道中最近的消火栓為最不利點，分別計算隧道兩端的消防泵的揚程；

(3)消火栓栓口安裝高度：距車行道路面1.1 m；

(4)最不利點充實水柱≥10 m。

3.4.2設備及管材

隧道兩端消防泵房內(nèi)分別設3臺消火栓泵組，2用1備，水泵性能參數(shù)為：Q=20 L/s，H=50 m，P=18.5 kW；ZW(L)-II-X-B型立式穩(wěn)壓設備1套，壓力為0.38～0.5 MPa。

消防給水管采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管，耐壓1.6 MPa。管徑>DN65溝槽式連接，余為絲扣連接，每隔200 m設不銹鋼波紋補償器。

3.5啟動方式

消火栓箱內(nèi)設按鈕啟動、泵房內(nèi)手動啟動；控制中心遠程啟動，并顯示其啟閉狀態(tài)。

4泡沫-水噴霧系統(tǒng)

4.1設計原則

(1)東湖隧道暗埋段及濱湖廣場半敞口段、南岸半敞口段設泡沫-水噴霧聯(lián)用噴頭；

(2)斷面寬度大于13 m時，在斷面兩側(cè)設噴頭，余在一側(cè)設噴頭；

(3)泡沫混合液供給強度：6.5 L/(min·m2)，混合比為3%；

(4)泡沫連續(xù)供給時間：20 min；

(5)水噴霧供給強度：6.5 L/(min·m2)；

(6)水噴霧防護冷卻持續(xù)時間：1 h；

(7)最不利點噴頭工作壓力≥0.35 MPa。

4.2系統(tǒng)布置4.2.1消防干管

主線隧道沿每孔隧道行車方向的右側(cè)同時鋪1條DN300水噴霧干管和DN80泡沫管道，分別與兩端消防泵房各自引出2條揚水管相連，全線貫通，各自成環(huán)。

匝道內(nèi)的消防枝狀管從主線隧道環(huán)管上就近接管。

4.2.2附屬設施

圖1　隧道標準斷面消防設施布置(單位：mm)

圖2　泡沫-水噴霧系統(tǒng)

環(huán)狀總管上每隔5個消火栓箱設1個檢修蝶閥，最高處設排氣閥，最低點設放水閥。詳見圖1和圖2。

4.3計算條件及設備選型4.3.1計算條件

(1)1個保護區(qū)段長度：主線并線段20 m，其余25 m；

(2)噴頭設置間距及位置：間距均為5 m；匝道段單側(cè)等距離布置，其余地段兩側(cè)對稱等距離布置；

(3)消防時任意相鄰兩組分區(qū)系統(tǒng)同時作用，先噴泡沫，后改噴水噴霧，持續(xù)時間1 h；

(4)最不利點：距隧道中部聯(lián)絡通道中最近的一組泡沫水噴霧噴頭為最不利點，分別計算隧道兩端消防泵的揚程。

4.3.2噴頭布置(表1)4.3.3設備及管材

為避免不同位置的噴頭水量相差較大，消防主泵均按3臺設計，根據(jù)失火的地點不同，消防泵啟用1臺或2臺。

泵房內(nèi)設水噴霧泵3臺(隧道主線滅火、匝道并線段滅火、隧道匝道滅火分別啟用2、2、1臺泵)，水泵性能參數(shù)為：Q=60 L/s，H=100 m，P=90 kW；ZW(L)-II-Z-E型立式穩(wěn)壓設備1套。泵房內(nèi)設泡沫泵3臺(泵啟動臺數(shù)同上)、水泵性能參數(shù)為：Q=1.8 L/s，H=110 m，P=4 kW，帶電極表的氣罐1個。

表1　噴頭布置一覽

泡沫液管采用不銹鋼管，其他管材同消防給水管。

4.4控制方式

自動報警啟動、泵房內(nèi)手動啟動、泡沫-水噴霧控制箱內(nèi)按鈕啟動、控制中心遠程啟動，并顯示其啟閉狀態(tài)。

5滅火器配置

5.1滅火器類型

由于隧道內(nèi)可能發(fā)生A、B、E類火災，滅火器選用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和輕水泡沫滅火器。

5.2設置要求

在隧道行車道兩側(cè)每隔50 m交錯布置1組滅火器箱，共設滅火器756組。每組箱內(nèi)設2只5 kg磷酸銨鹽干粉滅火器和2只9 L輕水泡沫滅火器，供撲滅初期火災使用。

6氣體滅火系統(tǒng)

隧道內(nèi)電氣室、低壓室、風機房、弱電設備用房等位置設超細干粉無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)，采用全淹沒滅火方式。

7火災報警系統(tǒng)組成及特點

7.1系統(tǒng)組成

火災報警系統(tǒng)作為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，由火災自動報警器(控制主機及分機、區(qū)域顯示盤、信號及控制模塊)、中文彩色圖像顯示終端、火災探測器(光纖光柵感溫火災探測系統(tǒng)、智能光電式感煙探測器、智能型感溫探測器)、手動報警按鈕、警鈴、電源線及信號線纜等組成。

7.2火災報警設施

火災報警器分為自動報警和手動報警。自動報警有感溫、感光、感煙傳感器，目前使用最多的是感溫光纜。本工程隧道內(nèi)車道采用光纖光柵感溫火災探測系統(tǒng)；隧道內(nèi)生產(chǎn)用房采用智能光電式感煙探測器與智能型感溫探測器相結(jié)合的方式。

7.3系統(tǒng)設置

在通道內(nèi)弱電設備房間設置3臺火災報警控制分機，隧道控制中心設置1臺火災報警控制主機，通過專用網(wǎng)絡建立了一套集散式網(wǎng)絡化火災報警系統(tǒng)。

隧道頂部平行配置兩路探測器。在車行隧道的一側(cè)壁上，每隔40 m或50 m設置手動報警按鈕，與滅火器、消火栓共用一個箱體。

隧道內(nèi)生產(chǎn)用房設感煙探測器、感溫探測器、手動報警按鈕、聲光報警器、超細干粉滅火控制系統(tǒng)等。

在隧道人行道安全門上方設聲光報警系統(tǒng)，火災時，誘導指引人員及時疏散。

7.4系統(tǒng)功能

監(jiān)控中心可接收全路段的人工報警信號、火災探測器報警信號、消火栓按鈕及手動報警按鈕等設備的自動和手動報警信號，并通過圖像監(jiān)控系統(tǒng)對火災加以確認。必要時對消火栓泵、泡沫泵及水噴霧泵等進行強制性直接啟動控制(即遠程控制)，并接受反饋信號。

8結(jié)語

水火無情，城市交通隧道火災是難免遇到的災難之一，一旦發(fā)生，將造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。為減少災難損失，應重視隧道防災救援系統(tǒng)的設計，貫徹“預防為主，防消結(jié)合”的方針，配套建設全面系統(tǒng)的隧道消防設施，保證城市交通隧道安全暢通。

綜上所述，隨著越來越多城市大型交通隧道的建造，多種消防系統(tǒng)組合運用，對城市交通隧道尤其是水底交通隧道起到保駕護航的作用，可以大大降低火災造成的損失，減少人員的傷亡，確保人們更安全、方便、快速地在城市間穿梭。

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The Design of Wuhan East Lake Tunnel Fire Protection System

WANG Song-lin

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063, China)

Abstract：According to the engineering characteristics of Wuhan East Lake tunnel， a multi-fire protection system is employed. Fire hydrant system and foam-water spray system are used in the buried and semi-open sections of the tunnel roadway while only fire hydrant system is designed in the opening section of the main tunnel and ramp. Pipeless ultra-fine powder fire extinguishers are equipped in the tunnel equipment room and fire extinguishers are in place along the whole tunnel. This paper focuses on the composition， arrangement， design parameters and selection of the foam-water spray system. To achieve a uniform distribution of water sprinklers， different nozzles are selected and installed in different intervals on either two sides or one side according to the width of the tunnel roadway. One or two pumps are activated accordingly during fire fighting. In additional， the composition of fire alarming system， the types of alarming facilities and the system functions are concisely explained．

Key words：East Lake tunnel， Fire protection system; Design

中圖分類號：U453

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.022

文章編號：1004-2954(2015)04-0089-05

作者簡介：王松林(1965—)，男，高級工程師，1987年畢業(yè)于華中科技大學，工學學士，E-mail：13971502528@163.com。

收稿日期：2014-11-13