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本文分析了城市过江隧道的火灾特点，介绍了目前国内城市过江隧道广泛采用的消防系统设计方案及各自特点。提出了根据隧道施工工法，几何几何形状、 内部环境和使用功能的特殊性，合理选择水消防系统设计方案。
关键词：过江隧道水消防系统设计 消火栓系统固定式水成膜泡沫灭火装置固定式水喷雾系统 低倍泡沫喷淋灭火系统
Abstract：
Based on analysis of urban river tunnel fire characteristics, this paper introduces the current domestic tunnel across the city widely used fire control system design scheme and characteristics. The paper put forward according to the tunnel construction technique, geometric shapes, geometric internal environment and the particularity of the use function and rational selection of fire water system design scheme.
Keywords: tunnel across the water fire control system design fire hydrant system stationary water film foam fire extinguishing devices stationary water spray system low foam spray fire-extinguishing systems
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
前言
随着我国经济的飞速发展，城市过江隧道作为改善城市环境、 缓解城市交通的有效措施大量被建设和使用。从20 世纪60 年代上海第一条打浦路过江隧道投入运行,到目前广州仑头-生物岛-大学城沉管隧道、 长沙营盘路湘江隧道、 杭州市庆春路盾构过江隧道等陆续开通,但由于城市过江隧道施工工法、几何形状、 内部环境和使用功能的特殊性,在火灾原因、 发生频率和危害性等方面都与普通建筑有较大的区别。 因此,如何根据隧道的特点科学、 合理选择消防系统进行救援设计, 已经成为非常重要的课题。
1城市过江隧道的火灾特点
城市过江隧道火灾主要包括隧道和汽车的电气火灾、 汽车机械事故火灾、 车辆交通事故火灾、 车辆可燃货物火灾等类型。城市隧道一般控制危险品货运汽车及行人通行，因此洞内火灾主要以B类火灾为主。由于受到地下封闭环境的制约,其火灾特点主要有:
1. 1烟雾大,升温快
火灾时发烟量主要与可燃物的物理、 化学特性, 燃烧状态和供气程度有关。城市过江隧道由于内部空间较小,基本处于密闭状态,火灾发生时隧道中空气不足,多产生不完全燃烧, 发烟量一般较大, 而且产生的热烟难以扩散,导致城市隧道火灾初期升温迅速,并产生较强的热冲击。
1. 2疏散困难
城市过江隧道发生火灾时主要依靠事故照明和疏散指示标志来保证安全疏散。火灾时产生的大量烟气使能见度急剧下降, 加之隧道横断面小,道路狭长, 不仅人员难以疏散, 而且由于阻塞车辆的影响,物资疏散也极其困难。
1. 3扑救难度大
由于城市过江隧道空间相对封闭, 发生火灾后温度高达1 000 ℃以上,短时间内隧道基础设施会受到严重损坏,隧道拱顶随时有坍塌的危险。 同时,在浓烟、有毒气体和狭窄通道的阻碍下,大型消防设备及灭火人员难以接近火源,加之隧道内通讯设备的干扰较大,使扑救人员与地面指挥通讯联系不便, 这些都给灭火救援增添了巨大难度
2城市过江隧道水消防主要设计方案
随着对隧道消防系统要求越来越高，目前城市隧道水消防设计在主要参考国家《建筑防火规范》GB50016-2006的基础上，借鉴《道路隧道设计规范》（上海市工程建设规范DG/TJ08-2033-2008）。
目前国内广泛采用的隧道水消防系统设计方案主要有三种。
2. 1消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+灭火器
这是国内最近几年来城市越江隧道和山岭隧道水消防设计中最常用的一个设计方案，该方案主要包括消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置(手动) 、灭火器。消火栓系统一般以城市自来水或消防水池作为水源。在消火栓箱一侧设固定式水成膜泡沫灭火装置，由轻水泡沫液容器、比例混合器、软管、泡沫枪及箱体组成，其间距与消防箱一致。隧道的两侧设置灭火器箱，单侧间距一般不大于50m。该系统的特点是水对于A 类火灾的扑救和对火灾蔓延的控制是有效的。水体容易附着于燃烧体表面，形成水膜而隔断燃烧物表面与空气的接触使火焰缺氧熄灭。这类物质着火后，缺乏流动性，因此用水扑救的同时能有效控制火灾的蔓延。同时配备固定式水成膜泡沫灭火装置，一旦汽车油箱着火或汽柴油流淌，依靠泡沫和水成膜的双重作用，迅速冷却并覆盖油面，以达到灭火效果。配备灭火器后，对于初期的小型火情能及时扑灭。
2. 2消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+固定式水喷雾系统及灭火器
该方案是在上一种方案上增设固定式水喷雾系统。消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置和灭火器的功效同上述功效是相同的。固定式水喷雾系统主要由水喷雾泵、水力电动阀、水雾喷头和管道组成。大多情况下，由于市政自来水管管径小或消防水池设置困难，另加上受越江隧道空间的限制，喷雾水量达不到灭火效果的水量，故设计标准只能定在防护冷却的要求上。当对液体火灾达到防护冷却效果时，设计喷雾强度为6 L/ (min•m2 )，持续喷雾时间为4 h，水雾喷头的工作压力不小于0.2MPa。对于液体（B类）火灾，能起到一定的防护冷却作用，基本能将火情控制在一定的状态，但是不能灭火。能最大限度控制火情，为专业消防队员的灭火赢得有利时机，同时良好的降温措施能保护隧道结构稳定，防止结构应高温坍塌引发更大的事故。
2. 3隧道消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+低倍泡沫喷淋灭火系统及灭火器
该方案是固定式水喷雾系统由低倍泡沫喷淋灭火系统取代。低倍泡沫喷淋灭火系统是由清水加压水泵、清水总管、水力电动阀、泡沫罐、泡沫原液加压泵、泡沫原液管、比例混合器和泡沫喷头组成。参照《低倍泡沫灭火系统设计规范》基本原则，非水溶性的甲、乙类液体,要达到灭火效果时，设计供给强度为6 L/(min•m2) ，持续喷放时间为30 min，泡沫喷头的进口压力应为0. 2～0. 6MPa。
低倍泡沫喷淋灭火系统的特点是泡沫的容重轻于油，能有效覆盖于油面。覆盖于油面的泡沫，能隔绝空气和抑止油气蒸发，同时泡沫析出的液体又能对燃油起到冷却作用。因此，能很快将油体表面的火焰扑灭。不仅如此，覆盖于油体表面且具有一定厚度的泡沫，具有较低的表面张力，与水相比，泡沫液更容易沿固体表面流淌并覆盖于固体表面。同样是固定式喷淋灭火系统，泡沫对车辆表面的覆盖率较单纯以水为灭火介质的覆盖率更高，相对灭火盲点较少，这对扑灭着火车辆较强的火势，控制火灾的蔓延也是非常有利的。
综上所述，消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置是世界各国消防界认为切实有效的消防设施之一，也是目前长度＞500m的城市行车隧道必备的消防设施。为国内专家，学者及专题研究推荐组合。该灭火设施布置严密，针对性强，如能及时发现火灾事故，可将其消灭在初期阶段整个系统安全可靠性强，而且造价较低；固定式水喷雾系统对火势较大火灾有冷却降温作用，能保护隧道结构，控制火势，为消防员救援提供有利时机；泡沫水喷雾系统是一种较新的隧道消防系统，可在一定程度上提高对油类火灾的灭火效率。虽然该系统灭火性能强，但也暴露了该系统的一些问题：泡沫液腐蚀性能强，隧道消防管路和排水设施有被腐蚀现象；系统喷射后产生大量的泡沫堆积在废水泵房里，影响隧道排水系统的正常运行；另外泡沫水喷雾联用系统复杂，费用较高，管理养护也不便。再者，对于明挖隧道，一旦发生火灾，人员由隧道车行道逃生，如采用泡沫水喷雾系统，系统所喷射泡沫混合液势必对排烟效果、隧道能见度造成影响，甚至影响人员逃生；对于盾构隧道，一般在车行道下方设有专用疏散通道，对于人员逃生十分有利，泡沫系统不会对人员造成影响。
3隧道外消防系统设计方案
《建筑防火规范》GB50016-2006规定：“隧道洞口外的消火栓用水量不应小于30L/s。长度小于1000m 的三类隧道，隧道洞口外的消火栓用水量可分20L/s”。
因些，须在隧道进出洞口外设置室外消火栓，在消防泵房附近根据消防水量设置水泵接合器，水泵接合器附近布置相应水量的室外消火栓。
但是对于存在多匝道的过江隧道，部分设计人员认为在隧道两端各设置一处水泵结合器、室外消火栓即可。筆者认为，对于多匝道隧道，当发生火灾生时，消防车有可能从不同方向进入隧道，由于各匝道距离较远，如消防人员无法第一时间找到室外消火栓、水泵结合器进行加压灭火，这样会严重滞后了扑灭火灾的有利时机 。因此，为赢取灭火时间，宜在隧道主线及各匝道洞口处均设置室外消火栓及水泵结合器，以方便消防人员取用。
结束语
城市过江隧道的给排水消防设计包括许多方面, 随着隧道安全和管理要求的不断提高,城市过江隧道的消防系统配置也将日新月异,有待设计人员做进一步的探讨和研究。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：过江隧道水消防系统设计 消火栓系统固定式水成膜泡沫灭火装置固定式水喷雾系统 低倍泡沫喷淋灭火系统
Abstract：
Based on analysis of urban river tunnel fire characteristics, this paper introduces the current domestic tunnel across the city widely used fire control system design scheme and characteristics. The paper put forward according to the tunnel construction technique, geometric shapes, geometric internal environment and the particularity of the use function and rational selection of fire water system design scheme.
Keywords: tunnel across the water fire control system design fire hydrant system stationary water film foam fire extinguishing devices stationary water spray system low foam spray fire-extinguishing systems
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
前言
随着我国经济的飞速发展，城市过江隧道作为改善城市环境、 缓解城市交通的有效措施大量被建设和使用。从20 世纪60 年代上海第一条打浦路过江隧道投入运行,到目前广州仑头-生物岛-大学城沉管隧道、 长沙营盘路湘江隧道、 杭州市庆春路盾构过江隧道等陆续开通,但由于城市过江隧道施工工法、几何形状、 内部环境和使用功能的特殊性,在火灾原因、 发生频率和危害性等方面都与普通建筑有较大的区别。 因此,如何根据隧道的特点科学、 合理选择消防系统进行救援设计, 已经成为非常重要的课题。
1城市过江隧道的火灾特点
城市过江隧道火灾主要包括隧道和汽车的电气火灾、 汽车机械事故火灾、 车辆交通事故火灾、 车辆可燃货物火灾等类型。城市隧道一般控制危险品货运汽车及行人通行，因此洞内火灾主要以B类火灾为主。由于受到地下封闭环境的制约,其火灾特点主要有:
1. 1烟雾大,升温快
火灾时发烟量主要与可燃物的物理、 化学特性, 燃烧状态和供气程度有关。城市过江隧道由于内部空间较小,基本处于密闭状态,火灾发生时隧道中空气不足,多产生不完全燃烧, 发烟量一般较大, 而且产生的热烟难以扩散,导致城市隧道火灾初期升温迅速,并产生较强的热冲击。
1. 2疏散困难
城市过江隧道发生火灾时主要依靠事故照明和疏散指示标志来保证安全疏散。火灾时产生的大量烟气使能见度急剧下降, 加之隧道横断面小,道路狭长, 不仅人员难以疏散, 而且由于阻塞车辆的影响,物资疏散也极其困难。
1. 3扑救难度大
由于城市过江隧道空间相对封闭, 发生火灾后温度高达1 000 ℃以上,短时间内隧道基础设施会受到严重损坏,隧道拱顶随时有坍塌的危险。 同时,在浓烟、有毒气体和狭窄通道的阻碍下,大型消防设备及灭火人员难以接近火源,加之隧道内通讯设备的干扰较大,使扑救人员与地面指挥通讯联系不便, 这些都给灭火救援增添了巨大难度
2城市过江隧道水消防主要设计方案
随着对隧道消防系统要求越来越高，目前城市隧道水消防设计在主要参考国家《建筑防火规范》GB50016-2006的基础上，借鉴《道路隧道设计规范》（上海市工程建设规范DG/TJ08-2033-2008）。
目前国内广泛采用的隧道水消防系统设计方案主要有三种。
2. 1消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+灭火器
这是国内最近几年来城市越江隧道和山岭隧道水消防设计中最常用的一个设计方案，该方案主要包括消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置(手动) 、灭火器。消火栓系统一般以城市自来水或消防水池作为水源。在消火栓箱一侧设固定式水成膜泡沫灭火装置，由轻水泡沫液容器、比例混合器、软管、泡沫枪及箱体组成，其间距与消防箱一致。隧道的两侧设置灭火器箱，单侧间距一般不大于50m。该系统的特点是水对于A 类火灾的扑救和对火灾蔓延的控制是有效的。水体容易附着于燃烧体表面，形成水膜而隔断燃烧物表面与空气的接触使火焰缺氧熄灭。这类物质着火后，缺乏流动性，因此用水扑救的同时能有效控制火灾的蔓延。同时配备固定式水成膜泡沫灭火装置，一旦汽车油箱着火或汽柴油流淌，依靠泡沫和水成膜的双重作用，迅速冷却并覆盖油面，以达到灭火效果。配备灭火器后，对于初期的小型火情能及时扑灭。
2. 2消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+固定式水喷雾系统及灭火器
该方案是在上一种方案上增设固定式水喷雾系统。消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置和灭火器的功效同上述功效是相同的。固定式水喷雾系统主要由水喷雾泵、水力电动阀、水雾喷头和管道组成。大多情况下，由于市政自来水管管径小或消防水池设置困难，另加上受越江隧道空间的限制，喷雾水量达不到灭火效果的水量，故设计标准只能定在防护冷却的要求上。当对液体火灾达到防护冷却效果时，设计喷雾强度为6 L/ (min•m2 )，持续喷雾时间为4 h，水雾喷头的工作压力不小于0.2MPa。对于液体（B类）火灾，能起到一定的防护冷却作用，基本能将火情控制在一定的状态，但是不能灭火。能最大限度控制火情，为专业消防队员的灭火赢得有利时机，同时良好的降温措施能保护隧道结构稳定，防止结构应高温坍塌引发更大的事故。
2. 3隧道消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+低倍泡沫喷淋灭火系统及灭火器
该方案是固定式水喷雾系统由低倍泡沫喷淋灭火系统取代。低倍泡沫喷淋灭火系统是由清水加压水泵、清水总管、水力电动阀、泡沫罐、泡沫原液加压泵、泡沫原液管、比例混合器和泡沫喷头组成。参照《低倍泡沫灭火系统设计规范》基本原则，非水溶性的甲、乙类液体,要达到灭火效果时，设计供给强度为6 L/(min•m2) ，持续喷放时间为30 min，泡沫喷头的进口压力应为0. 2～0. 6MPa。
低倍泡沫喷淋灭火系统的特点是泡沫的容重轻于油，能有效覆盖于油面。覆盖于油面的泡沫，能隔绝空气和抑止油气蒸发，同时泡沫析出的液体又能对燃油起到冷却作用。因此，能很快将油体表面的火焰扑灭。不仅如此，覆盖于油体表面且具有一定厚度的泡沫，具有较低的表面张力，与水相比，泡沫液更容易沿固体表面流淌并覆盖于固体表面。同样是固定式喷淋灭火系统，泡沫对车辆表面的覆盖率较单纯以水为灭火介质的覆盖率更高，相对灭火盲点较少，这对扑灭着火车辆较强的火势，控制火灾的蔓延也是非常有利的。
综上所述，消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置是世界各国消防界认为切实有效的消防设施之一，也是目前长度＞500m的城市行车隧道必备的消防设施。为国内专家，学者及专题研究推荐组合。该灭火设施布置严密，针对性强，如能及时发现火灾事故，可将其消灭在初期阶段整个系统安全可靠性强，而且造价较低；固定式水喷雾系统对火势较大火灾有冷却降温作用，能保护隧道结构，控制火势，为消防员救援提供有利时机；泡沫水喷雾系统是一种较新的隧道消防系统，可在一定程度上提高对油类火灾的灭火效率。虽然该系统灭火性能强，但也暴露了该系统的一些问题：泡沫液腐蚀性能强，隧道消防管路和排水设施有被腐蚀现象；系统喷射后产生大量的泡沫堆积在废水泵房里，影响隧道排水系统的正常运行；另外泡沫水喷雾联用系统复杂，费用较高，管理养护也不便。再者，对于明挖隧道，一旦发生火灾，人员由隧道车行道逃生，如采用泡沫水喷雾系统，系统所喷射泡沫混合液势必对排烟效果、隧道能见度造成影响，甚至影响人员逃生；对于盾构隧道，一般在车行道下方设有专用疏散通道，对于人员逃生十分有利，泡沫系统不会对人员造成影响。
3隧道外消防系统设计方案
《建筑防火规范》GB50016-2006规定：“隧道洞口外的消火栓用水量不应小于30L/s。长度小于1000m 的三类隧道，隧道洞口外的消火栓用水量可分20L/s”。
因些，须在隧道进出洞口外设置室外消火栓，在消防泵房附近根据消防水量设置水泵接合器，水泵接合器附近布置相应水量的室外消火栓。
但是对于存在多匝道的过江隧道，部分设计人员认为在隧道两端各设置一处水泵结合器、室外消火栓即可。筆者认为，对于多匝道隧道，当发生火灾生时，消防车有可能从不同方向进入隧道，由于各匝道距离较远，如消防人员无法第一时间找到室外消火栓、水泵结合器进行加压灭火，这样会严重滞后了扑灭火灾的有利时机 。因此，为赢取灭火时间，宜在隧道主线及各匝道洞口处均设置室外消火栓及水泵结合器，以方便消防人员取用。
结束语
城市过江隧道的给排水消防设计包括许多方面, 随着隧道安全和管理要求的不断提高,城市过江隧道的消防系统配置也将日新月异,有待设计人员做进一步的探讨和研究。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。