城市隧道水消防設(shè)計要點探析

〔摘 要〕深圳市公常路—中山大學(xué)段隧道單洞長度較長、隧道空間較封閉、車流量放大。結(jié)合城市隧道的火災(zāi)特點，依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和各種城市隧道消防的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對該隧道的消防方案進(jìn)行具體分析，最終確定采用消火栓系統(tǒng)+滅火器+泡沫—水噴霧的聯(lián)用滅火系統(tǒng)。對該工程的消防設(shè)計和參數(shù)選擇進(jìn)行梳理，總結(jié)城市隧道消防系統(tǒng)的設(shè)計要點。

〔關(guān)鍵詞〕城市隧道；消防系統(tǒng)；泡沫—水噴霧聯(lián)用火系統(tǒng)；消防設(shè)計

中圖分類號： U453.8 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1004-4345（2024）05-0049-04

Analysis of Key Points in Water Fire Protection Design for Urban Tunnels

WEN Wei

（Institute of Municipal Design of China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong 518000， China）

Abstract" The tunnel of the Shenzhen Gongchang Road - Zhongshan University section is characterized in long single portal， confined tunnel space and large traffic flow. According to the fire characteristics of urban tunnels， Code for Fire Protection Design of Buildings， and fire technical standards for various urban tunnels， the paper makes a detailed analysis of fire protection scheme for the tunnel， and finally confirms a combined fire extinguishing system of the fire hydrant system + fire extinguishers + foam and water spray. In addition， the paper summarizes the key points of the design of urban tunnel fire protection system in the preparation of the fire protection design and parameter selection of the project.

Keywords" urban tunnels; fire protection system; foam-water spray combined fire system; fire protection design

深圳作為大灣區(qū)的中心城市，近年來城市交通建設(shè)不斷向空間和地下延拓，城市隧道發(fā)展迅速。城市隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜且相對封閉，人員疏散困難，因此隧道的消防設(shè)計是隧道安全運行的重中之重。深圳市公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿地下道路工程于2022年12月通過驗收并順利通車，目前運行良好。本文擬對該項目的消防設(shè)計，包括隧道室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)、泡沫—水噴霧系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)進(jìn)行分析，以期為同類工程提供參考。

1" "工程概況

1.1" 工程基本情況

該工程位于深圳市光明區(qū)新湖街道，西起光僑路—公常路交叉口西側(cè)，經(jīng)中山大學(xué)預(yù)選址范圍，向東經(jīng)光明科學(xué)城在建范圍，終點至深圳與東莞交界處，全長約3.56 km，其中地下隧道長2.645 km（敞開段0.425 km，封閉段2.22０ km）。該隧道為干線性城市主干道標(biāo)準(zhǔn)，雙向6 車道，設(shè)計時速為50 km/h，采用鋼筋險閉合框架+U 型槽結(jié)構(gòu)，閉合框架寬28.9 m。

1.2" 城市隧道的分類

城市隧道的分類依據(jù)是《建筑設(shè)計防火規(guī)范：2018版》（ GB 50016—2014）及地方規(guī)范。各地規(guī)范不同，分類略有差異，如深圳市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《道路隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（SJG 80—2020）將隧道分為4類，上海的《道路隧道設(shè)計規(guī)范》（DG/TJ 08-2033—2017）以及《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（ JTG D70/2—2014）則是根據(jù)隧道長度和交通量兩個維度將隧道劃分為5類。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r予以區(qū)分。本工程根據(jù)長度及用途，設(shè)計隧道等級為二級。

2" "消防系統(tǒng)的選擇

公常路隧道交通量遠(yuǎn)期預(yù)測為35 760 pcu/d，單洞長為2 220 m。按依據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范交通工程第二冊交通工程與附屬設(shè)施》（JTG D70/2—2014）的劃分，該隧道屬于A+類。根據(jù)一級公路隧道消防設(shè)施與通道配置要求附屬設(shè)施配套（表1），需設(shè)置泡沫滅火系統(tǒng)[1]。

當(dāng)?shù)赝惞こ痰淖龇ㄒ嗫勺鳛閰⒖?，例如深圳較長的隧道坂銀隧道采用了水噴霧自動滅火系統(tǒng)，而特長隧道馬巒山隧道則采用的是泡沫—水噴霧自動滅火系統(tǒng)。

公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿地下道路工程為二類隧道，交通量大。根據(jù)規(guī)范要求，需要設(shè)置隧道的內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)，并配置滅火器。該工程定位為深圳西北部連接?xùn)|莞的城市交通性主干道，主要承擔(dān)過境客貨運交通，并兼顧中山大學(xué)深圳校區(qū)、科創(chuàng)城等周邊用地的對外交通。在發(fā)生火災(zāi)的情況下，大量通行的公交車、貨運車隧道內(nèi)得到快速疏散及救援較為困難。如果在火災(zāi)初期未能有效遏制火情，一旦火災(zāi)擴(kuò)大，將基本不具備二次撲救條件。因此，隧道消防設(shè)計應(yīng)以撲滅初期火災(zāi)為重點，增加泡沫—水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)，利用其偵測、報警、自動滅火功能，有效控制及撲滅城市隧道的A類、B類火災(zāi)。

3" "城市隧道消防設(shè)計

本工程設(shè)置了隧道室內(nèi)、室外消火栓系統(tǒng)，泡沫—水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)，并配置了滅火器。在隧道出入口設(shè)有10套水泵接合器（其中室內(nèi)消火栓水泵接合器2套、水噴霧水泵接合器6套、泡沫液水泵接合器2套），均設(shè)有標(biāo)志。以便針對不同系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)給和救援。隧道消防標(biāo)準(zhǔn)斷面布置見圖1。

3.1" 消防水源及水泵房

隧道消防水源采用市政管網(wǎng)。隧道出口消防水池的水源由隧道西側(cè)DN400給水管網(wǎng)上接出1根DN250進(jìn)水管，再分出DN150消防補(bǔ)水管接入消防水池。消防水池的蓄水量根據(jù)隧道火災(zāi)時消防系統(tǒng)的用水量確定。本項目共設(shè)置2座消防水池，分別儲存消火栓系統(tǒng)和泡沫—水噴霧系統(tǒng)的用水量。泡沫—水噴霧系統(tǒng)消防水池的蓄水量為252 m3，消火栓消防水池的蓄水量為216 m3。

在隧道出口管理設(shè)備房的旁邊設(shè)有1座消防泵房。隧道消火栓系統(tǒng)、泡沫—水噴霧系統(tǒng)均采用穩(wěn)高壓的消防給水系統(tǒng)。平時管網(wǎng)壓力由穩(wěn)壓裝置維持，泵房內(nèi)設(shè)有2臺流量為20 L/s的消火栓泵（1用1備），2臺流量為70 L/s的水噴霧泵（1用1備），以及2臺流量為3.0 L/s的泡沫泵（1用1備）。泵站內(nèi)消火栓系統(tǒng)、泡沫—水噴霧系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖2、圖3所示。

3.2" 消火栓系統(tǒng)

國標(biāo)規(guī)范及地方規(guī)范針對消火栓部分的條文較為明確，如《建筑設(shè)計防火規(guī)范：2018版》（GB 50016—2014）的第12.2條第2、5、6款，以及《道路隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（SJG 80—2020）的10.2.2條第1款等。依據(jù)上述規(guī)范，本工程隧道室外消火栓的用水量為30 L/s，室內(nèi)消火栓的用水量為20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為3 h[2]。

本工程室外消火栓直接利用市政給水系統(tǒng)。市政現(xiàn)狀管線包括隧道西洞口西側(cè)1根DN400給水管、東側(cè)1根DN300給水管，隧道東洞口北側(cè)1根DN600給水管、南側(cè)1根DN400給水管，均滿足兩路供水要求。

室內(nèi)消火栓采用穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，來自消火栓泵的2根DN150管道供給整個室內(nèi)環(huán)狀消火栓系統(tǒng)用水。環(huán)狀干管沿隧道縱向敷設(shè)，東西貫通，每隔5個消火栓設(shè)置中間連接管，形成相互連接的消火栓系統(tǒng)管網(wǎng)。平時管網(wǎng)高壓由氣壓罐及配套小泵保持。消防狀態(tài)下，管網(wǎng)壓力下降，則啟動主泵進(jìn)行消防滅火。在隧道單側(cè)墻內(nèi)，每隔40 m設(shè)置1個消火栓箱。消火栓箱內(nèi)包含DN65消火栓接口2個、ψ65 mm×25 mm帶內(nèi)襯水帶2卷、ψ19 mm專用消防水槍2個，以及含ψ19 mm消防軟管的卷盤1卷，并設(shè)置消火栓報警按鈕。以確保在消防工況下，能有4支水槍同時進(jìn)行作業(yè)，并有2股充實水柱能同時到達(dá)隧道內(nèi)的任何部位。隧道采用減壓穩(wěn)壓型消火栓。消火栓箱立面如圖4所示。

消火栓管網(wǎng)中每隔5組消火栓設(shè)置1個蝶閥，以方便分段檢修。在管網(wǎng)最高點（開槽結(jié)構(gòu)中）設(shè)置排氣閥，確保管道內(nèi)水體不攜帶氣泡；在管網(wǎng)最低點設(shè)置泄水閥，方便調(diào)試及檢修。隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)如圖5所示。

隧道消火栓系統(tǒng)的啟動方式有以下幾種：1）消火栓箱內(nèi)的按鈕作為報警信號，其啟閉狀態(tài)受火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）監(jiān)控。系統(tǒng)確認(rèn)火災(zāi)信號后，由控制中心遠(yuǎn)程啟動消火栓泵。2）在泵房內(nèi)手動啟動消火栓泵。3）控制中心遠(yuǎn)程啟動。4）根據(jù)管網(wǎng)壓力變化自動啟動消火栓泵。

3.3" 泡沫—水噴霧系統(tǒng)

國標(biāo)及地方標(biāo)準(zhǔn)對隧道內(nèi)設(shè)置的泡沫—水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)參數(shù)，均有明確規(guī)定，如《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50151—2021）第6.2.2條，以及深圳規(guī)范《道路隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（SJG 80—2020）第10.2.2條等。這些規(guī)范均要求泡沫—水噴霧系統(tǒng)的噴霧強(qiáng)度不應(yīng)小于6.5 L/（min·m2），泡沫混合液噴射時間不應(yīng)小于20 min，系統(tǒng)最不利點噴頭的工作壓力不應(yīng)小于0.35 MPa[4]。

參考深圳馬巒山隧道同系統(tǒng)參數(shù)：噴霧強(qiáng)度≥6.5 L/（min·m2），最不利點處噴頭的工作壓力不應(yīng)小于 0.35 MPa，泡沫混合液的混合比不應(yīng)小于 3% ，持續(xù)噴射時間不應(yīng)小于 20 min，噴霧時間不應(yīng)小于60 min，系統(tǒng)的作用面積不宜大于 600 m2" [5]。本工程隧道內(nèi)泡沫—水噴霧滅火系統(tǒng)噴霧供給強(qiáng)度為6.5 L/（min·m2），混合比采用4%，發(fā)泡泡沫噴射時間為22 min，泡沫—水噴霧系統(tǒng)的最不利噴頭處壓力不小于0.35 MPa，系統(tǒng)的作用面積為625 m2，設(shè)計泡沫用量為3 L/s。

隧道每隔25 m設(shè)置1個滅火分區(qū)，每個分區(qū)設(shè)置獨立的泡沫水噴霧控制閥組（內(nèi)含雨淋閥組、泡沫閥組、比例混合器等）。在隧道側(cè)墻開槽，敷設(shè)泡沫—水噴霧滅火系統(tǒng)管道。每個分區(qū)單側(cè)布置5只噴頭（系數(shù)K=107，工作壓力為0.35～1.20 MPa），雙側(cè)共10只噴頭，各噴頭間距為5 m，單側(cè)長度為25 m。發(fā)生火災(zāi)時，同時啟動著火分區(qū)及相鄰較近的防火分區(qū)的1組泡沫—水噴霧閥組。泡沫原液壓力大于水壓，進(jìn)入混合器與水充分混合后產(chǎn)生發(fā)泡混合液，經(jīng)噴頭噴射滅火。隧道內(nèi)泡沫—水噴霧系統(tǒng)圖參見圖6。

來自噴淋泵的2根DN150管供給整個泡沫水噴霧系統(tǒng)用水。噴淋干管與消火栓系統(tǒng)干管平行敷設(shè)于隧道側(cè)壁，在水噴霧干管上隔5組控制閥組設(shè)1個檢修蝶閥，并在高點設(shè)置排氣閥，在低點設(shè)置泄水閥，平時管網(wǎng)高壓由氣壓罐及配套小泵保持。泡沫泵的２根DN65泡沫管供給整個泡沫—水噴霧系統(tǒng)泡沫液，沿隧道側(cè)壁與噴淋干管并排敷設(shè)，在泡沫干管上每隔5組控制閥組設(shè)檢修閥門，泡沫液管道壓力由泵房泡沫壓力罐維持。

泡沫—水噴霧泵組的啟動方式有報警、自動啟動、控制中心遠(yuǎn)程啟動、泵房內(nèi)手動啟動３種。其中，泡沫—水噴霧系統(tǒng)自動啟動的控制流程為：火災(zāi)初起時，溫度和煙霧激發(fā)火災(zāi)探測器報警。報警信號傳遞到控制中心，經(jīng)核準(zhǔn)為非誤報后，開啟雨淋閥。該閥門開啟3 s內(nèi)，壓力開關(guān)啟動泡沫—水噴霧泵和泡沫泵?；旌弦航?jīng)過混合器后，噴頭開始噴射泡沫液進(jìn)行滅火。

3.4" 滅火器配置

按《建筑設(shè)計防火規(guī)范：2018版》（GB 50016—2014）要求，隧道兩側(cè)均設(shè)置滅火器。每40 m設(shè)置１個滅火器箱，布置在隧道內(nèi)設(shè)有消火栓箱的一側(cè)，間隔的消火栓箱內(nèi)也設(shè)置滅火器；對面?zhèn)葎t將滅火器箱與消火栓箱（含滅火器）交錯布置。每個設(shè)置點配備4具5 kg裝的磷酸銨鹽滅火器。

4" "結(jié)論

綜上所述，深圳市公常路—中山大學(xué)段隧道單洞長2.22 km，隧道空間較封閉，車流量大，屬于二級隧洞。根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及當(dāng)?shù)赝愴椖孔龇?，該項目水消防系統(tǒng)主要設(shè)計要點包括：1）隧道內(nèi)設(shè)置開式的泡沫—水噴霧滅火系統(tǒng)，其中泡沫混合液供給強(qiáng)度6.5 L/（min·m2），泡液混合比例為4%，發(fā)泡混合液噴射時間為22 min，泡沫—水噴霧系統(tǒng)邊墻噴頭的最不利點壓力≥0.35 MPa。2）按一次火災(zāi)，火災(zāi)延續(xù)時間3 h計，室內(nèi)消防用水量為20 L/s，室外消防用水量為30 L/s。3）隧道一側(cè)設(shè)置滅火器箱，隧道另一側(cè)設(shè)置消火栓箱（含滅火器），間距40 m，滅火器箱和消火栓箱交錯布置。

隧道的消防設(shè)計需根據(jù)隧道的分類和交通情況來選擇合適的消防系統(tǒng)。對于二類及以上交通流量較大的隧道，應(yīng)選擇泡沫滅火系統(tǒng)以加強(qiáng)對B類火災(zāi)的消防效果。是否選擇自動滅火系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范，并參考當(dāng)?shù)仄渌淼老老到y(tǒng)的做法來決定。對于城市隧道而言，其火災(zāi)類型主要分為A類和B類。泡沫—水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并快速響應(yīng)隧道火災(zāi)，對這種交通疏解困難的半封閉空間具有顯著的消防作用。該系統(tǒng)可在火災(zāi)發(fā)生的初期快速滅火，并防止陰燃和復(fù)燃，不僅能極大地減少火災(zāi)對隧道設(shè)施、車輛的破壞，而且能有效避免包括滅火人員在內(nèi)的人員傷亡。因此，該系統(tǒng)適用于較大型隧道的高效消防系統(tǒng)。

另外，應(yīng)該注意的是，規(guī)范規(guī)定消火栓間距不應(yīng)大于50 m，但設(shè)計時要根據(jù)水槍數(shù)量、充實水柱計算選定，不能簡單地統(tǒng)一選用50 m。 JTG D70 /2—2014中明確了消防設(shè)施的選擇要求，技術(shù)人員在進(jìn)行設(shè)計時可以參考，但要因地制宜。公路規(guī)范中水池的儲水時間較長，主要是考慮公路消防救援力量有限，對于城市隧道而言，則應(yīng)不超過3 h為宜。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊 交通工程及附屬設(shè)施：JTG D70/2—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB 50016—2014[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：GB50974—2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.泡沫滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB50151—2021[S].北京：中國計劃出版社，2021.

[5] 黃光宇．特長城市隧道消防系統(tǒng)設(shè)計及參數(shù)選擇［J］．中國給水排水，2018，34（24）：79-81.

[6] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范：GB 50140—2005[S].北京：中國計劃出版社，2005.