何瀟劍

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司， 天津 300133)

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公路隧道消防滅火系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究

何瀟劍

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司， 天津 300133)

目前國內(nèi)公路隧道消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，為了更好地滿足國內(nèi)公路隧道消防滅火系統(tǒng)的設(shè)計，為以后相關(guān)規(guī)范的制定、工程的實施提供參考，調(diào)查研究了國內(nèi)外公路隧道消防滅火系統(tǒng)的設(shè)置情況，依據(jù)國內(nèi)外公路隧道消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程案例、實體火災(zāi)試驗，分類提出了我國公路隧道應(yīng)設(shè)置的消防滅火系統(tǒng)。

公路隧道； 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范； 火災(zāi)試驗； 消防滅火系統(tǒng)

0 引言

近年來，伴隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在不斷推進(jìn)。截至2015年末，全國共有公路隧道14 006條、1 268.39萬m，其中，特長隧道744條、329.98萬m，長隧道3 138條、537.68萬m。公路隧道的修建極大地方便了人們的出行，但同時隨著公路隧道數(shù)量和里程的不斷增加，火災(zāi)風(fēng)險也在逐步增大。如2008年京珠高速大寶山隧道火災(zāi)，致2人死亡，隧道結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞；2010年無錫惠山隧道火災(zāi)，致24人死亡、9人受傷、客車燒毀；2014年山西晉濟高速巖后隧道火災(zāi)，致31人死亡、9人失蹤、42輛車燒毀，隧道結(jié)構(gòu)局部剝落。

與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國公路隧道具有起步晚、建設(shè)快、消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展滯后的特點。截至目前，國家標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道消防技術(shù)規(guī)范》尚未正式頒布；另一本國家通用標(biāo)準(zhǔn)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[1]僅對城市交通隧道消防設(shè)計進(jìn)行了規(guī)定，對其他類型的隧道沒有具體要求；交通運輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設(shè)施》[2]，在總則中強調(diào)“本規(guī)范適用于各等級公路的新建和改建山嶺隧道”，其他類型的公路隧道消防設(shè)計如何執(zhí)行，同樣沒有說明。此外，這2本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對自動滅火系統(tǒng)的設(shè)置只字未提。鑒于此，需要梳理國內(nèi)外公路隧道消防技術(shù)規(guī)范存在的差異，調(diào)查國內(nèi)外公路隧道消防滅火設(shè)施現(xiàn)狀，分析國內(nèi)外公路隧道火災(zāi)試驗結(jié)果，進(jìn)而為我國公路隧道消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及公路隧道消防滅火系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

1 國內(nèi)外公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對消防滅火設(shè)施的設(shè)置要求

梳理國內(nèi)外正式實施的公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在消防滅火設(shè)施方面，消火栓和滅火器是世界各國公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中均要求設(shè)置的滅火設(shè)施，系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)也基本一致，對消火栓和滅火器的設(shè)置要求見表1。

公路隧道交通層是否應(yīng)設(shè)置自動滅火設(shè)施，各國設(shè)計規(guī)范要求差異較大，目前國內(nèi)外主要國家和地區(qū)公路隧道規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)置自動滅火系統(tǒng)的要求見表2。

表1 國內(nèi)外公路隧道標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對設(shè)置消火栓和滅火器的要求

Table 1 Specifications, setting parameters and requirements of fire hydrants and fire extinguishers of highway tunnels in China and abroad

國家/地區(qū)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)名稱是否設(shè)置設(shè)置參數(shù)和要求國外NFPA502等是 國外規(guī)范普遍要求隧道內(nèi)消火栓用水量為1000～2000L/min,出水口壓力不大于0.5～1.0MPa;滅火器采用ABC干粉滅火器,設(shè)置最小距離為50m中國《建筑設(shè)計防火規(guī)范》是 隧道內(nèi)消火栓用水量不應(yīng)小于20L/s(即1200L/min),長度小于1000m的隧道可為10L/s(即600L/min);滅火器采用ABC干粉滅火器,設(shè)置間距不應(yīng)大于100m中國 《公路隧道設(shè)計規(guī)范第二冊交通工程與附屬設(shè)施》是 隧道內(nèi)消火栓用水量不小于15L/s(即900L/min),出水口壓力大于0.5MPa時應(yīng)設(shè)置減壓措施;滅火器宜選用磷酸銨鹽干粉滅火器,單側(cè)設(shè)置間距不應(yīng)大于50m

表2 國內(nèi)外公路隧道標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對設(shè)置自動滅火系統(tǒng)的要求

國外主要發(fā)達(dá)國家公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通常要求隧道內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，日本和澳大利亞在規(guī)范中已明確要求，美國雖未強制要求，但也在規(guī)范中進(jìn)行了推薦[3]。目前，歐洲國家通過《隧道用水基滅火系統(tǒng)工程指南》[4]也在積極倡導(dǎo)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道消防技術(shù)規(guī)范》尚未正式頒布，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)置自動滅火系統(tǒng)也未做具體要求，僅有中國上海和湖南2項地方標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)置自動滅火系統(tǒng)進(jìn)行了要求[5-7]。

2 國內(nèi)外公路隧道消防滅火設(shè)施設(shè)置概況

調(diào)查國內(nèi)外公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對消防滅火設(shè)施的設(shè)計要求在實際工程中的執(zhí)行情況，發(fā)現(xiàn)： 國內(nèi)外公路隧道均嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置了滅火器和消火栓，國外主要發(fā)達(dá)國家按照規(guī)范要求(或建議)在公路隧道中設(shè)置自動滅火系統(tǒng)也比較普遍；中國公路隧道一般分為山嶺隧道和水下隧道2類，山嶺隧道均未設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，即使是我國最長的秦嶺終南山隧道(長18.02 km)，也僅設(shè)置了固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)，而水下長大隧道通常設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。國內(nèi)外公路隧道設(shè)置自動滅火系統(tǒng)統(tǒng)計見表3。

日本是最早在公路隧道中設(shè)置自動滅火系統(tǒng)的國家，也是設(shè)置數(shù)量最多的國家；澳大利亞地理環(huán)境多是平原，公路隧道總數(shù)量不多，長大或者交通繁忙的公路隧道均設(shè)置了自動滅火系統(tǒng)；歐洲國家共同開展的UPTUN項目，推動了自動滅火系統(tǒng)在新建隧道中的普遍應(yīng)用；美國有特殊保護(hù)目的的隧道部分設(shè)置了自動滅火系統(tǒng)，比如通過?；锲返墓匪淼涝O(shè)置泡沫水噴霧系統(tǒng)。我國水下隧道多為城市交通隧道，交通流量大，火災(zāi)隱患多，疏散救援困難，火災(zāi)后果嚴(yán)重，一旦發(fā)生崩塌，災(zāi)后修復(fù)將變得異常困難，因此普遍設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

表3 國內(nèi)外公路隧道設(shè)置自動滅火系統(tǒng)統(tǒng)計[8]

國內(nèi)外公路隧道發(fā)生的多起火災(zāi)案例也證實了設(shè)置自動滅火系統(tǒng)的必要性。如： 1979年7月日本坂隧道發(fā)生特大火災(zāi)，火災(zāi)持續(xù)160 h，致使189部車輛燒毀、7人死亡、1人受傷，而隧道修復(fù)僅耗時35 d，事后推測因隧道設(shè)置了水噴霧系統(tǒng)，才使隧道頂部結(jié)構(gòu)因火災(zāi)導(dǎo)致的剝落很薄[9]；2008年3 月墨爾本的BURNLEY連接隧道發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致4輛重載汽車燃燒、3人死亡，但火勢在幾min內(nèi)被噴淋系統(tǒng)控制，在火災(zāi)發(fā)生后不到24 h即恢復(fù)運營,噴淋系統(tǒng)在控制并撲滅隧道火災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用。

3 國內(nèi)外公路隧道自動滅火系統(tǒng)實體火災(zāi)試驗概況

在總結(jié)國內(nèi)外公路隧道火災(zāi)事故原因時，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾種情況： 1)車輛本身故障引起火災(zāi)； 2)車輛交通事故火災(zāi)； 3)車上貨物起火引起火災(zāi)； 4)其他如電器設(shè)備故障、線路老化等引起火災(zāi)。根據(jù)調(diào)查可知，隧道內(nèi)主要發(fā)生的火災(zāi)類型為A、B類火災(zāi)，B類火災(zāi)更為突出。針對公路隧道的事故原因和火災(zāi)類型，國內(nèi)外開展了各具特色的實體火災(zāi)試驗，滅火器和消火栓的滅火效能已在世界范圍內(nèi)得到了認(rèn)可，不再對其火災(zāi)試驗進(jìn)行贅述。本文調(diào)查了部分自動滅火系統(tǒng)實體火災(zāi)試驗，見表4。

根據(jù)實體火災(zāi)試驗結(jié)果，對自動滅火系統(tǒng)的綜合性能進(jìn)行定性比較，見表5。

表5未列出各個滅火系統(tǒng)對人員疏散的影響，因為目前國內(nèi)外公路隧道中設(shè)置的自動滅火系統(tǒng)控制方式為“火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報警，工作人員確認(rèn)火災(zāi)后，控制室內(nèi)遠(yuǎn)程控制自動滅火系統(tǒng)開啟”，這種控制方式可以避免因誤報警而開啟自動滅火系統(tǒng)，同時可根據(jù)火災(zāi)周圍人員的疏散情況，適時開啟自動滅火系統(tǒng)，對人員疏散基本無影響。

表4 國內(nèi)外部分公路隧道火災(zāi)試驗統(tǒng)計[10]

表5 國內(nèi)外公路隧道自動滅火系統(tǒng)性能比較

4 國內(nèi)公路隧道消防滅火系統(tǒng)的優(yōu)化建議

總結(jié)國外公路隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程案例和火災(zāi)試驗，設(shè)置水噴淋、水噴霧、細(xì)水霧的國家設(shè)置這一系統(tǒng)的目的并非撲滅火災(zāi)，而是在于控制火災(zāi)規(guī)模，降低火場溫度，保護(hù)隧道主體結(jié)構(gòu)安全；而最終撲滅火災(zāi)需要消防隊等外部救援力量的參與。作者認(rèn)為這與歐美澳國家人口少，隧道交通量小，消防救援速度快有關(guān)。日本部分隧道設(shè)置泡沫水噴霧系統(tǒng)，是因為這些地區(qū)人口密集，交通流量大，消防隊難以及時到達(dá)，因此需要增強自救能力。

國內(nèi)公路隧道消防滅火系統(tǒng)如何設(shè)計，應(yīng)采用哪種類型的消防滅火系統(tǒng)，通過上述章節(jié)的調(diào)研，需要對《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設(shè)施》這2本標(biāo)準(zhǔn)未涉及到的自動滅火系統(tǒng)進(jìn)行必要的補充。對表5進(jìn)行分析： 水噴淋滅火系統(tǒng)性價比不高，不建議采用；高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)備價格太高，其中除不銹鋼管道國內(nèi)可以生產(chǎn)外，其余設(shè)備都需依賴進(jìn)口，要將其規(guī)?；貞?yīng)用到國內(nèi)公路隧道中目前還比較困難；水噴霧滅火系統(tǒng)滅火效果一般，需要依賴外部救援力量，同時需要配套設(shè)置水成膜泡沫滅火裝置，以加強對B類初期火災(zāi)的撲滅能力，降溫控火效果比較好；泡沫水噴霧系統(tǒng)滅火效果好，火災(zāi)初期噴射泡沫滅火，之后噴射水噴霧降溫，在特定情況下，是較為合適的公路隧道自動滅火系統(tǒng)。故國內(nèi)公路隧道自動滅火系統(tǒng)適合采用水噴霧滅火系統(tǒng)或泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)。

根據(jù)國內(nèi)公路隧道的特點，結(jié)合本文的研究成果，對隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)計的消防滅火系統(tǒng)分類提出如下建議。

1)山嶺隧道。交通流量大、疏散救援遲緩困難、特長及長隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計為消火栓系統(tǒng)+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)；交通流量大、疏散救援迅速便捷、特長及長隧道消防系統(tǒng)設(shè)計為消火栓系統(tǒng)+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置+水噴霧滅火系統(tǒng)；交通流量小、疏散救援遲緩困難、特長及長隧道消防系統(tǒng)設(shè)計為消火栓系統(tǒng)+滅火器+固定式水成膜泡沫滅火裝置+水噴霧滅火系統(tǒng)；通行危險品運輸車輛、特長及長大隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計為消火栓系統(tǒng)+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)；對其余中、短山嶺隧道自動滅火系統(tǒng)的設(shè)置不做要求，但應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置常規(guī)的消防滅火設(shè)施。

2)水下隧道。水下隧道的特點決定了其消防滅火系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)于山嶺隧道，火災(zāi)工況下應(yīng)立足于自救，主動撲滅火災(zāi)，在保障人身安全的同時，強化對主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)。故特長隧道、長隧道及中隧道消防滅火系統(tǒng)設(shè)計為消火栓系統(tǒng)+滅火器+泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)，當(dāng)隧道內(nèi)設(shè)置單獨的電纜通道時，電纜通道宜增設(shè)高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。短隧道疏散救援一般不存在問題，可不設(shè)自動滅火系統(tǒng)，但應(yīng)設(shè)置常規(guī)的消防滅火設(shè)施。

3)城市交通隧道。城市交通隧道比較復(fù)雜，水下城市交通隧道可按上述水下隧道進(jìn)行消防系統(tǒng)設(shè)計，其余隧道可適當(dāng)降低要求，但設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于山嶺隧道。

5 結(jié)論與建議

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，除部分水下隧道外，國內(nèi)公路隧道消防滅火系統(tǒng)水平整體偏低，在交通流量持續(xù)增長的情況下，存在不同程度的消防安全隱患。新建公路隧道的消防設(shè)計應(yīng)綜合考慮隧道類型、交通流量、疏散能力、救援水平以及地理位置等因素，選擇合理適宜的消防滅火系統(tǒng)，以逐步提高公路隧道的消防安全設(shè)防水平。另外，限于篇幅，本文僅從宏觀上提出了不同的公路隧道應(yīng)設(shè)置的消防滅火系統(tǒng)，未對每個消防滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)做更深入的探討，建議設(shè)計人員在遵循現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，結(jié)合隧道類型、通行車輛、裝修要求等對消防滅火系統(tǒng)做進(jìn)一步的優(yōu)化。

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Study of Optimization Design of Firefighting System of Highway Tunnel

HE Xiaojian
(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

At present, the national firefighting standards of highway tunnel are not perfect in China. The state-of-the-art of firefighting system of highway tunnels in China and abroad are studied, so as to improve the firefighting system of highway tunnels in China. The setting principles of firefighting system of highway tunnels in China are proposed according to study of technical firefighting specifications, project cases and fire tests in China and abroad.

highway tunnel; specification; fire test; firefighting system

2016-10-09;

2017-01-10

何瀟劍(1986—)，男，天津人，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，給水排水工程專業(yè)，本科，工程師，現(xiàn)從事軌道交通、公路隧道給排水及水消防的設(shè)計和研究工作。E-mail: 284614993@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.017

U 459.2

A

1672-741X(2017)04-0505-05