嚴(yán)寒地區(qū)地鐵長(zhǎng)大坡隧道消火栓系統(tǒng)研究

魏隨旺

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043）

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程的加快，為實(shí)現(xiàn)城市半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈，地鐵規(guī)劃已開(kāi)始向城市周邊新區(qū)延伸。位于西北某城市的地鐵規(guī)劃線(xiàn)路出現(xiàn)了單個(gè)隧道長(zhǎng)度4.183km，上升高度88.3m，線(xiàn)路最大坡度29‰，接近規(guī)范中正線(xiàn)的最大設(shè)計(jì)坡度。針對(duì)地鐵隧道火災(zāi)的特點(diǎn)，消火栓系統(tǒng)作為地下隧道重要的固定消防設(shè)施，承擔(dān)著火災(zāi)時(shí)及時(shí)滅火的重要任務(wù)。如何在該段隧道內(nèi)設(shè)置消火栓系統(tǒng)，并解決長(zhǎng)大坡隧道長(zhǎng)、系統(tǒng)供水范圍大、高差大引起的管道超壓和濕式系統(tǒng)電伴熱保溫工程量大、用電量大的難題，是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 隧道及水源概況

A 站至B 站段隧道為城區(qū)向郊區(qū)延伸的第一個(gè)隧道，該隧道線(xiàn)路上坡既下穿動(dòng)脈鐵路、城市立交、高速公路，又跨河溝、穿越青山、上跨動(dòng)脈鐵路，是典型的山嶺隧道。該段隧道其中某一段形式特征及水源條件見(jiàn)表1。

根據(jù)表1中隧道設(shè)計(jì)形式與參數(shù)，該地鐵隧道具有隧道長(zhǎng)、高差大、地形復(fù)雜的顯著特點(diǎn)，被稱(chēng)為“長(zhǎng)大坡隧道”。

表1 隧道具體形式特征及水源

2 氣溫條件

長(zhǎng)大坡隧道所在地冬季極端氣溫約-28.1C，日平均溫度低于5C 的天數(shù)長(zhǎng)達(dá)136d，為嚴(yán)寒地區(qū)。

3 消火栓系統(tǒng)方案研究

3.1 方案一：A 站和隧道合設(shè)消火栓系統(tǒng)

A 站所在地水源為單路水源，因此在A 站設(shè)置消防水池和消防泵房，消火栓系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)。消防水池有效容積儲(chǔ)存車(chē)站室內(nèi)外消防用水量，可滿(mǎn)足隧道火災(zāi)時(shí)用水量需求，同時(shí)消防泵組流量也滿(mǎn)足隧道消火栓系統(tǒng)流量要求。隧道上升高度高達(dá)88.3m，如果A 站與隧道合設(shè)系統(tǒng)，系統(tǒng)靜壓差超過(guò)1.0MPa，按照規(guī)定需要分區(qū)供水，因此方案一不可行。

3.2 方案二：A 站和隧道消火栓系統(tǒng)并聯(lián)分區(qū)供水

當(dāng)A 站和隧道消火栓系統(tǒng)并聯(lián)分區(qū)供水時(shí)，雖然可以合設(shè)消防泵房，便于集中管理，但是需增加一套高區(qū)消防加壓穩(wěn)壓泵組。經(jīng)計(jì)算，消防加壓泵的揚(yáng)程為120m，穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程為110m，且由于隧道長(zhǎng)度達(dá)4.18km，約2.9km 的隧道消防管道需要采用高壓消防管材。

該方案系統(tǒng)不但供水范圍過(guò)長(zhǎng)，而且設(shè)備及管材、低壓配電用電負(fù)荷均增加，大大增加了工程造價(jià)。同時(shí)，由于高區(qū)系統(tǒng)壓力較大，管道接口滲漏的風(fēng)險(xiǎn)也大幅度增加，使行車(chē)安全存在較大隱患，因此方案二不可行。

3.3 方案三：A 站和隧道消火栓系統(tǒng)串聯(lián)分區(qū)供水

根據(jù)土建方案，A 站與4 號(hào)、7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井的間距、軌面高差，以及增壓泵站地面距軌面的高差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 串聯(lián)增壓泵站設(shè)置統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

利用A 站泵房作為一級(jí)泵站，如果在4 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井處地下一層設(shè)置二級(jí)增壓泵站，經(jīng)計(jì)算車(chē)站一級(jí)泵站消防泵揚(yáng)程為80m，二級(jí)增壓泵站揚(yáng)程為54m。如果在7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井處地下一層設(shè)置二級(jí)增壓泵站，經(jīng)計(jì)算車(chē)站一級(jí)泵站消防泵揚(yáng)程為105m，二級(jí)增壓泵站揚(yáng)程為20m。在不考慮增加工程造價(jià)的情況下，兩種系統(tǒng)均造成A 站消火栓系統(tǒng)嚴(yán)重超壓，大大增加了安全隱患，因此方案三也不可行。

3.4 方案四：分段分區(qū)供水方案

根據(jù)表1，對(duì)長(zhǎng)大坡隧道采取分段分區(qū)的消火栓系統(tǒng)供水方案。

3.4.1 隧道消防給水分區(qū)一

如圖1所示，經(jīng)計(jì)算A 站消火栓系統(tǒng)保護(hù)到3 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道時(shí)，隧道消防管道長(zhǎng)度為1.588km，上升高度為19.1m，消防主泵揚(yáng)程為50m，泵組從水池吸水水位差最小5m，可滿(mǎn)足隧道最不利點(diǎn)消火栓栓口0.25MPa 動(dòng)壓要求。車(chē)站消火栓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，栓口動(dòng)壓不超過(guò)0.7MPa。栓口動(dòng)壓超過(guò)50MPa 時(shí)，采用減壓穩(wěn)壓消火栓，車(chē)站及保護(hù)隧道的消火栓系統(tǒng)整體安全可靠。如保護(hù)到2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道，則車(chē)站消火栓系統(tǒng)不能有效利用規(guī)范規(guī)定的動(dòng)壓減壓空間，如保護(hù)到4 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道，則水泵揚(yáng)程增加到67m 以上，車(chē)站及隧道部分栓口動(dòng)壓將超過(guò)0.7MPa。

圖1 隧道消防給水分區(qū)（一）

3.4.2 隧道消防給水分區(qū)二

如圖2所示，結(jié)合隧道風(fēng)井設(shè)置情況、出室外地面條件、水源條件，在7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井室外山坡上設(shè)置高位消防水池，對(duì)3 號(hào)—7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道的隧道設(shè)置常高壓消防給水系統(tǒng)，該隧道長(zhǎng)度為1.9km，上升高度為49m。當(dāng)高位水池最低水位距風(fēng)井地面15m，風(fēng)井地面至軌面13.6m，可滿(mǎn)足最不利消火栓栓口0.25MPa 動(dòng)壓要求，同時(shí)滿(mǎn)足4 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井地下一層消火栓栓口動(dòng)壓0.25MPa 動(dòng)壓要求，計(jì)算原理圖如圖3所示。超壓的栓口可采用減壓穩(wěn)壓消火栓。

圖3 隧道消防給水分區(qū)（二）常高壓計(jì)算原理圖

3.4.3 隧道消防給水分區(qū)三

如圖2所示，7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井—隧道洞口長(zhǎng)度695m，上升高度20.2m，且由于7 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼區(qū)間風(fēng)井處高位水池設(shè)置高度無(wú)法滿(mǎn)足洞口最不利消火栓栓口動(dòng)壓要求，因此該隧道消火栓系統(tǒng)必須通過(guò)加壓供給。在該風(fēng)井地下一層設(shè)置消防泵房，與室外設(shè)置的高位水池聯(lián)合對(duì)上坡隧道消火栓進(jìn)行加壓供水。該段隧道管網(wǎng)設(shè)置干式消火栓系統(tǒng)，與風(fēng)井內(nèi)部濕式系統(tǒng)采用電動(dòng)閥門(mén)相連。當(dāng)該隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS 系統(tǒng)打開(kāi)電動(dòng)閥門(mén)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制2 臺(tái)加壓泵和1 臺(tái)充水泵共同向隧道干式系統(tǒng)充水，隧道最高處以及每隔200m 設(shè)置一個(gè)快速排氣閥，經(jīng)計(jì)算4min可充滿(mǎn)管道，充水計(jì)算詳見(jiàn)表3。

表3 管道充水時(shí)間計(jì)算表

圖2 隧道消防給水分區(qū)（二）和（三）

3.4.4 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式

隧道消防給水分區(qū)（三）的消火栓系統(tǒng)以濕式系統(tǒng)為主，干式系統(tǒng)為輔，干濕結(jié)合運(yùn)營(yíng)。當(dāng)設(shè)置場(chǎng)所平均溫度大于5C 時(shí)，采用濕式系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，提高系統(tǒng)安全性。當(dāng)設(shè)置場(chǎng)所平均溫度低于5C 時(shí)，泄空干式系統(tǒng)管道中的水，采用干式系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)中應(yīng)加強(qiáng)消防泵、充水泵、電動(dòng)閥門(mén)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，確保系統(tǒng)安全可靠。

4 結(jié)論

結(jié)合土建及水源條件，對(duì)西北某嚴(yán)寒地區(qū)市域快線(xiàn)地鐵長(zhǎng)大坡隧道消火栓系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，結(jié)論如下：

其一，可以充分利用相鄰車(chē)站的消火栓加壓穩(wěn)壓設(shè)備，供給一定范圍內(nèi)爬坡隧道的消火栓系統(tǒng)，但供給距離不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)引起車(chē)站消火栓系統(tǒng)超壓；

其二，設(shè)置高位消防水池，對(duì)下坡隧道設(shè)置常高壓消火栓系統(tǒng)；

其三，在地勢(shì)較高的風(fēng)井內(nèi)設(shè)置消防泵房，對(duì)爬坡隧道設(shè)置干式消火栓系統(tǒng)；

其四，當(dāng)室外環(huán)境溫度＞5C 時(shí)，干式消火栓系統(tǒng)可轉(zhuǎn)換為濕式消火栓系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)。

研究結(jié)果表明，采用分段分區(qū)、干濕式組合的供水方式是解決嚴(yán)寒地區(qū)長(zhǎng)大坡隧道消火栓系統(tǒng)的最佳方案。