城市黃金地段交通隧道消防滅火系統(tǒng)設計與創(chuàng)新

畢秀梅

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

我國城市交通伴隨著社會經濟飛速發(fā)展，城市有限的地面空間已不能滿足建設道路、拓展交通的需求，地下隧道交通工程應運而生[1]。與之配套的消防滅火系統(tǒng)是保證隧道安全運營的關鍵設施，但目前關于城市隧道消防滅火系統(tǒng)尚無明確的規(guī)定。杭州環(huán)城北路交通隧道位于杭州市黃金地段，通過對該隧道消防滅火系統(tǒng)設計及相關創(chuàng)新設計的介紹，為類似工程設計提供參考。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

位于杭州市黃金地段的環(huán)城北路交通隧道工程西起中河立交和環(huán)城北路交叉口，東至艮秋立交與環(huán)城北路交叉口，項目全長2 460m。隧道分為獨立的南、北兩線，其出入口錯開式布置，南線全長1 837 m，盾構段長1 355 m，北線全長1 800 m，盾構段長1 275 m。隧道為雙管四車道，設計車速為60 km/h，僅限通行非危險化學品等機動車。隧道盾構段兩側設明挖暗埋段、敞開段與道路銜接，在南北線隧道東西兩端各設一個工作井，北線隧道設1號、2號工作井，南線隧道設3號、4號工作井，隧道平面示意見圖1。

圖1 隧道平面示意

2.2 重難點分析

(1)處于城市黃金地段的交通隧道，人流、車流大，早晚上下班高峰時段，發(fā)生交通擁堵概率高。且隧道空間相對封閉、狹長、隧道橫面小。一旦發(fā)生火災，人員及物資疏散困難[2-4]，因而隧道需同步設計消防滅火系統(tǒng)。在目前尚無具體城市交通隧道消防設計規(guī)范的情況下，為及時撲滅隧道內初期火災，合理、可行的消防滅火系統(tǒng)的設計，是隧道消防滅火系統(tǒng)設計的重難點。

(2)該黃金地段交通隧道沿繁忙的環(huán)城北路下部敷設。環(huán)城北路道路紅線寬度窄、交通流量大，道路兩側建筑密度大，東河灞子橋、滬杭鐵路與本隧道交叉，環(huán)城北路下各類市政管線密布，且杭州市政府要求該隧道建設達到房屋建筑零拆除，因此對隧道消防水池進行尋址、設計是本工程消防滅火系統(tǒng)設計的難點。

3 消防滅火系統(tǒng)設計

3.1 消防滅火系統(tǒng)方案的確定

3.1.1 消防滅火系統(tǒng)方案比選

可用于隧道內滅火的消防系統(tǒng)有固定安裝非自動式的，如固定式水成膜系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)；有固定安裝自動式的，如泡沫-水噴霧系統(tǒng)；有非固定安裝的，如滅火器。以下對各系統(tǒng)進行分析比選。

(1)固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)

水成膜對油類火災滅火效果較好，滅火機理是:除泡沫對火冷卻、窒息作用外，同時還在燃燒的物體表面形成一層水膜，水膜與泡沫共同作用達到阻燃、熄火的效果。歐美在20世紀中期已將水成膜泡沫滅火劑運用于隧道工程消防系統(tǒng)中[5]。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)由泡沫噴槍、泡沫容器、比例混合器等設施組成，固定式水成膜設施與消火栓設在同一個箱內，用水取自消火栓，共用消防給水干管及消防泵。火災時，水成膜泡沫滅火劑通過泡沫混合裝置與水混合后，輸出的泡沫混合液經泡沫噴槍產生滅火泡沫，靠泡沫和保護膜雙重作用，達到快速滅火的效果。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)管理簡單、操作簡便。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)與消火栓共用消防干管，沿隧道縱向的消防管道僅有成環(huán)狀的二根消防干管，工程造價低。隧道內火災多為汽車燃油火災，城市交通隧道建議采用固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)。

(2)消火栓系統(tǒng)

消火栓系統(tǒng)廣泛應用于建筑室內外，是一種技術成熟、運行可靠的滅火系統(tǒng)。滅火機理主要是水的冷卻、窒息、稀釋等綜合作用[6]，對A類火災滅火效果較好。消火栓系統(tǒng)是隧道內外最基本、最直接的滅火設施，可在火災初期時滅火及防止火災蔓延擴大。

(3)泡沫-水噴霧消防系統(tǒng)

泡沫-水噴霧消防系統(tǒng)是由泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)組成、噴頭為共用噴灑裝置的系統(tǒng)。火災時，先噴灑泡沫滅火，再噴水霧冷卻。除泡沫水噴霧閥組箱至噴頭段為泡沫系統(tǒng)與水噴霧系統(tǒng)共用外，其余互相獨立。泡沫系統(tǒng)設有獨立的泡沫干管、泡沫泵，水噴霧系統(tǒng)設有獨立的水噴霧干管、水噴霧泵，泡沫干管與水噴霧干管沿隧道縱向貫通。該系統(tǒng)管道多，管道布置對空間要求高、投資大、管理維修費用高。泡沫腐蝕性強，隧道內消防管道、排水管道有被腐蝕的現象。目前該系統(tǒng)多用于江、湖水底隧道[7-9]。鑒于環(huán)城北路隧道特點、消防系統(tǒng)設置的必須性及經濟合理性，不推薦采用此系統(tǒng)。

(4)滅火器系統(tǒng)

滅火器是撲滅初期火災的重要工具，因其操作簡單、使用方便、性能可靠，對小規(guī)?；馂哪芷鸬街匾臏缁鹱饔??！督ㄖO計防火規(guī)范》[10]和《公路隧道設計規(guī)范第二冊交通工程與附屬設施》[11]均規(guī)定隧道內要設置滅火器。

3.1.2 消防滅火系統(tǒng)的確定

隧道內發(fā)生火災的時間和地點具有隨機性，對于行駛的機動車輛，在隧道內任一路段皆有著火的可能性。發(fā)生火災時，由于隧道的密閉性，無法及時進行空氣交換，因缺氧燃燒產生CO等有毒有害氣體，可能會導致司乘人員窒息、死亡。因而城市交通隧道消防主要原則是司乘人員作為滅火主體撲滅初期階段火災。正常消防階段及特大火災的特殊階段，是由城市消防人員使用消防車撲滅火災。結合以上消防滅火系統(tǒng)比選結果，環(huán)城北路交通隧道消防滅火系統(tǒng)采用:固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)+消火栓系統(tǒng)+滅火器三個消防系統(tǒng)的組合。

3.2 消防滅火系統(tǒng)的具體設計

3.2.1 固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)+消火栓滅火系統(tǒng)設計

(1)消防泵房優(yōu)化設計

目前隧道消防滅火系統(tǒng)設計主要規(guī)范依據是《建筑設計防火規(guī)范》(GB 5006—2014)和《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》(GB 50974—2014)，這兩本規(guī)范均規(guī)定“隧道內宜設置獨立的消防給水系統(tǒng)”。對于水消防滅火系統(tǒng)應該設置幾套供水系統(tǒng)，沒有明確規(guī)定。杭州環(huán)城北路交通隧道水源采用市政自來水，市政自來水供水管徑、供水壓力值不能滿足隧道內消火栓系統(tǒng)和固定式水成膜泡沫系統(tǒng)用水要求，需設消防水池和消防泵房加壓供隧道內消火栓和固定式水成膜泡沫系統(tǒng)。消防泵房有兩種設計方案:方案一，在隧道一端設一座消防泵房供全部隧道固定式水成膜+消火栓系統(tǒng)；方案二，隧道兩端各設一座消防泵房。筆者認為方案二屬較優(yōu)設計方案，原因是:由于該隧道長2 460m，縱斷面為V型，隧道兩端各設一座消防泵房，將隧道消防給水系統(tǒng)分成兩個相對獨立的系統(tǒng)，以隧道中間最低點為分界，每座消防泵房服務的消防管道長度按設一座消防泵房時消防管道長度的一半計算，這樣消防系統(tǒng)水頭損失小，因而所需消防泵揚程小，消防管網壓力及閥門等附屬設施壓力等級低，工程造價及維護成本小，且兩座消防泵房對隧道消防供水安全保障性更強。在該隧道兩端的2號工作井及3號工作井內各設一座消防泵房。2號工作井消防泵房設消火栓泵(Q=25 L/s，H=55 m，N=30.0 kW)2臺(1用1備)、3號工作井消防泵房設消火栓泵(Q=25 L/s，H=57 m，N=30.0 kW)2 臺(1用1備)，各配一套穩(wěn)壓系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)設置

在每孔隧道敞開段、暗埋段、盾構段單側設置固定式水成膜、消火栓共用的消防箱，間距50 m。每只消防箱內設DN65單頭單閥消火栓2個、25 m水龍帶2盤、DN19水槍2支、30 L泡沫液容器罐，軟管長度大于25 m軟管卷盤1盤、負壓式比例混合器、泡沫噴槍、報警啟泵按鈕1個等。主要設計參數為:水成膜泡沫混合液流量≥30 L/min，泡沫噴槍射程≥6 m，泡沫混合液連續(xù)供給時間20 min，隧道內消火栓系統(tǒng)用水量為20 L/s，水成膜泡沫滅火裝置用水量為1 L/s，最不利點充實水柱≥10 m，消火栓栓口距車行道高度1.1 m。消火栓栓口出水壓力大于0.5 MPa時，設減壓閥。

自隧道兩端的2號、3號工作井消防泵房內消火栓泵出水管上各引2根DN150消防干管，沿暗埋段及盾構段管廊鋪設，敞開段埋地鋪設。消防干管在南、北隧道貫通且成環(huán)，消防環(huán)狀管網上每隔5個消火栓設置1只檢修閥，在消防干管最高點設排氣閥、最低點設排泥閥，管道穿越結構縫、變形縫及一定長度直管段設置伸縮器。消防管道采用鍍鋅鋼管，管徑大于 DN65的采用溝槽連接，小于等于DN65的采用絲扣連接。固定式水成膜系統(tǒng)+消火栓系統(tǒng)見圖2。

圖2 固定式水成膜+消火栓系統(tǒng)

3.2.2 滅火器

隧道內發(fā)生的火災多為A、B類火災和帶電火災，磷酸銨鹽干粉滅火劑可用于撲滅除活潑金屬外的各類火災，滅火器選用手提式磷酸銨鹽滅火器。在隧道敞開段、明挖暗埋段及盾構段的兩側每隔50 m設一只滅火器箱，交錯布置，每只箱內設置4具4 kg裝的磷酸銨鹽滅火器[12]。

4 消防水池的創(chuàng)新設計

2號、3號工作井消防泵房各配置一座容積為300 m3消防水池，國標圖集中單座消防水池尺寸約為14 m×7 m×3.5 m(長×寬×高)。該隧道位于杭州市中心寸土寸金的黃金地段，隧道兩側地塊內的市政設施、建筑已建成使用多年，且規(guī)劃沒有為隧道設施預留用地。消防水池征地困難，消防水池對位置要求嚴苛，為保證消防泵吸水效果，規(guī)定消防泵房與消防水池的距離不宜大于50 m。若在消防泵房附近征地設消防水池，影響隧道附近地塊的整體利用及美觀。經對隧道結構研究分析，臨近工作井的隧道明挖暗埋段，隧道頂距地面約5.5 m，沿明挖暗埋段至敞開段方向，隧道頂距地面的高度逐漸減小。經計算該空間體積可以滿足消防水池容積要求，深度可滿足消防水泵自灌的規(guī)范規(guī)定。利用該部位設消防水池，充分利用了明挖暗埋段隧道頂部至地面的空間，且方便管理。水池底板與隧道頂板共用結構、水池一面池壁與工作井井壁共用結構，節(jié)省投資。該設計方案，一方面取得了美化城市的社會效果，另一方面水池直接工程投資節(jié)省約200萬元，且省去了工程征地費，同時使得城市土地利用最大化。該項設計屬本工程獨創(chuàng)，是隧道消防工程類的創(chuàng)新。創(chuàng)新設計的消防水池見圖3。

圖3 創(chuàng)新設計的消防水池

5 結束語

地處城市黃金地段的杭州環(huán)城北路交通隧道消防滅火系統(tǒng)建成運行至今，效果良好，維護費用低、管理簡單，受到工程參建各方贊譽，榮獲中國勘察設計協會2019年度優(yōu)秀市政工程設計三等獎。有以下體會:

(1)城市黃金地段交通隧道消防水池與隧道共建，具有顯著的社會和經濟效益。

(2)采用水消防滅火系統(tǒng)的二類及以上長大隧道，在隧道兩端各設一座消防泵房，提高了消防系統(tǒng)供水安全性。

(3)消火栓系統(tǒng)、固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)及滅火器組合的消防滅火系統(tǒng)，可保護城市交通隧道消防安全，大大降低火災造成的損失。