铁路长大隧道消防设计探讨

张志斌

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 概述

随着我国铁路建设的发展，铁路隧道越来越多，越来越长，已建成的铁路特长隧道已达十余座［1］。若隧道内一旦发生火灾，火势控制及人员物资疏散都将极为困难，容易造成重大人员伤亡及经济损失，甚至是极坏的政治影响。当前，国内已建成的铁路长大隧道中，部分参照国外为数不多的类似工程设计理念及经验做了防灾救援及消防设计［2］，近年来，我国尽管已经陆续编制了一些关于铁路长大隧道消防的规范、规程［1-3］，但仍然不完善、不具体、指导性较弱，因此，如何建成一套经济合理、成效显著的隧道消防设施是工程设计及科研人员面临的极为迫切的课题。

2 铁路长大隧道火灾特点［3-5］

铁路列车火灾虽然可能发生在线路的任何地方，但长大隧道内火灾最难处理且后果最为严重，主要有以下几个方面的特点:(1)铁路隧道为长条形，空间狭小，列车行驶时，车厢内换气量比非隧道区段大数倍，火灾燃烧猛烈、温度高、爆炸频繁、产生的热量不易散发，容易复燃，隧道内温度上升快且烟雾大;(2)隧道内横断面小、道路狭窄、可视性差，若着火列车停在隧道中心时，乘客避难和救援极为困难，从洞口到火灾现场距离较长，救援设备和人员难以接近;(3)隧道内火灾发生后，灭火、恢复整治时间较长，间接损失大;(4)隧道内火灾发生概率小，且具有位置上的不确定性，在全线隧道建消防设施及监测系统投入较大、难度高，因隧道内环境较差，即使建好消防设施，维护也极不方便，很难保证火灾发生时能完好工作。

3 隧道消防设计新思路

3.1 高压细水雾系统

长期以来，铁路隧道消防主要采用的是设置普通消火栓或封堵降氧等措施［4］，这些方法虽然成本低，工程难度小，但并不能有效扑灭大火;水喷淋一般只能安装在隧道上部，如果列车内部发生火灾，往往无法及时抑制或扑灭。高压细水雾系统具有用水量小、高效、环保等优点，其用于长大隧道内防灾救援站消防是近些年来的一种新思路。

3.1.1 高压细水雾系统的灭火机理及组成［3］

高压细水雾消火栓灭火系统是以水为介质，通过人工干预以喷射细水雾的形式对预先的防火区域进行灭火保护的一种消防设施。其灭火机理是:当高压细水雾直接喷射或被卷吸进入火焰区时，由于其表面积大，吸热较快，迅速汽化并降低气相燃料及氧化剂的温度，同时大量水蒸气的存在也会降低反应区的氧气及可燃气体的体积分量，并有效衰减热辐射的传递，从而达到汽化冷却、隔绝氧气和衰减热辐射、洗涤烟雾和废气等复合作用的灭火效果。

高压细水雾消火栓系统由高压泵组、固定管网、细水雾消火栓箱等组成。细水雾消火栓箱由细水雾喷枪、高压胶管、消火栓启动按钮、截止阀及连接管组成。

3.1.2 高压细水雾系统的控制方式

高压细水雾消火栓系统分远程控制和应急操作2种控制方式。远程控制程序为:控制中心得知列车着火信息后，在列车还未准确停靠救援站之前就启动泵组系统，使干式管网先充水，以节省灭火时间，当列车抵达救援站灭火位置后，打开消火栓即可灭火;应急操作程序为:当自动控制与手动控制失灵时，通过操作区域控制阀的手柄，启动系统灭火。

3.2 超细干粉自动灭火装置

铁路隧道内人员疏散口及通风、电力、电力牵引、通信、信号等设备洞室是保障隧道正常运行的重要设施，有的本身还具有一定的火灾危险性，若这些设备洞室发生火灾，将造成隧道内照明、风机、水泵停止正常电源供电，列车无线调度通信以及列控信息的传送也将受到影响。由于设备洞室平时无人值守，为了早期发现火灾，及早通知隧道内外的人员采取疏散和救援行动，隧道内重要设备洞室应设置自动灭火装置，同时配备手提式灭火器。常规气体灭火一般只能用于密闭的条件下，而自动超细干粉灭火装置能用于非密封空间，且无管路、无线路，安装使用方便，只需将灭火装置悬挂固定于保护物上方就能有效地发挥扑救火灾的作用，安装过程中对被保护设备无影响。

3.2.1 超细干粉自动灭火装置的灭火机理［6］

自动超细干粉灭火装置内充装的灭火剂由具有灭火效能的无机盐和少量的添加剂经干燥、粉碎、混合而成微细固体粉末组成。自动超细干粉灭火装置灭火形式为局部全淹没式，主要通过在加压气体作用下喷出的粉雾与火焰接触、混合时发生物理、化学反应而达到灭火的目的，其灭火机理主要有3个方面:(1)超细干粉中的无机盐挥发性分解物与燃烧过程中燃料所产生的自由基或活性基团发生化学抑制和副催化作用，使燃烧的链反应中断而灭火;(2)超细干粉的粉末落在可燃物表面外，发生化学反应，并在高温作用下形成一层玻璃状覆盖层，从而隔绝氧，进而窒息灭火;(3)浓云般的超细粉沫与火焰相混合时，分解吸热反应，可吸收火焰的部分热量，具有稀释氧和冷却作用。

3.2.2 超细干粉自动灭火装置的组成及配置

超细干粉自动灭火装置由灭火剂贮存容器、启动释放组件、压力表、悬挂支架(座)等组成。每具灭火装置同时具有两种启动功能:即热启动和定温启动。

4 典型工程设计实例

4.1 武广高速铁路浏阳河隧道［7］

4.1.1 工程概况

武广高速铁路浏阳河隧道是我国已经建成的第一座穿越大江、大河单洞双线铁路隧道，也是迄今为止国内建设标准最高的铁路越江隧道［8］。隧道起讫里程分别为DIIK1560+785和DIIK1570+720，包括进口明挖暗埋段1 489 m、暗挖段7 416 m和出口明挖暗埋段1 020 m，全长9 935 m。隧道采用V字形纵坡下穿浏阳河，隧道最低点距离河床最低点约45 m。

4.1.2 主要设计原则

(1)隧道内防灾和救援设计应按“以防为主，以消为辅，防消结合，立足自救”的原则进行，充分体现“以人为本”的理念［9］，采取安全可靠，经济合理、维修方便的防火措施和消防手段;(2)隧道内同一时间内发生火灾次数按1处考虑;(3)隧道紧急救援站采用高压细水雾消火栓系统定点消防，在救援站范围内任何地方着火均按2节车厢同时发生火灾进行保护;(4)隧道内部分设备洞室设超细干粉自动灭火装置，在隧道内设施处设置手提式干粉灭火器。

4.1.3 防灾救援站定点消防

隧道中心设防灾救援站1处，长550 m，并配套设置疏散通道，详见图1。

隧道消防救援站范围内高压细水雾消火栓箱设置间距为25 m，铁路上下行侧各设23组，共46组，消火栓箱内设单栓，单栓流量为32 L/min，并配25 m高压胶管2盘，喷枪2只。消防水源采用隧道内结构渗水，经钢丝网骨架增强PE管引至消防水箱，水箱容积按持续喷雾时间2 h设计，容积为15 m3，高压泵组从消防水箱内吸水，引出2根DN32不锈钢消防管道至各细水雾消火栓，一次灭火可同时启用3支消火栓水枪。高压泵组包括3台高压柱塞泵(2用1备)，2台稳压泵(1用1备)，2台补水泵(1用1备)，高压泵组主要技术参数为 Q=100 L/min，P=14 MPa，N=30 kW，稳压泵主要技术参数为 Q=11.8 L/min，P=1.4 MPa，N=0.55 kW，补水泵主要技术参数为Q=10 m3/h，H=40 m，N=3 kW。消防平面设计见图2。

为了防止隧道内可能发生的A、B、E类火灾，在隧道两侧救援通道旁每隔25 m设置灭火器箱1组，全线共46组，箱内设MFZL6型磷酸铵盐干粉灭火器2具［10］，以供扑灭初期火灾时使用。

4.1.4 设备洞室消防设计

浏阳河隧道共设置3座电力供电箱变洞室，38座普通综合设备洞室，洞室内消防采用超细干粉自动灭火装置。电力供电箱变洞室空间为118 m3，超细干粉灭火剂的设计浓度为0.12 kg/m3，配置场所危险等级补偿系数取1.2，防护区不密封度补偿系数取1.1，所需灭火剂用量 Q=118 m3×0.12 kg/m3×1.2 ×1.1=18.69 kg，加上灭火装置灭火剂剩余量(剩余率≤5%，按5%取值)，所需灭火剂总量为19.62 kg，因此，采用4具5 kg灭火装置;其他综合洞室的空间为50 m3，同理可计算出所需灭火剂总量为7.9 kg，采用2具5 kg灭火装置。

3座电力供电箱变洞室及其他38座综合洞室各设置3具4.0 kg的ABC干粉灭火器，共设123具。

4.2 蒙西至华中煤运铁路崤山隧道［11］

4.2.1 工程概况

蒙西至华中煤运铁路是我国“十二五”规划重点建设项目，崤山隧道是全线最长的隧道，也是国内特长山岭隧道之一，属于本项目的控制性工程，隧道为双洞单线，左线全长22 759 m，右线全长22 764 m。

崤山隧道在中心处设紧急救援站1处，主要由人员疏散设施和消防设施组成，具有人员疏散和火灾扑救功能。人员疏散设施包括2座隧道间的连接横通道、疏散救援平台等，详见图3。

图3 崤山隧道救援站地下结构示意

4.2.2 隧道消防设计

蒙西至华中煤运铁路属于客货共线铁路，隧道内防灾救援站及设备洞室的消防方式同武广高速铁路浏阳河隧道相同，不同之处主要为隧道洞口设置了普通消火栓系统。

列车在隧道内发生火灾时，凡能继续运行、均应遵循“先将列车拉出洞外再进行列车解体及火车事故处理”的基本原则［2］。在本隧道两侧洞口设置了高位水池及消火栓，提供列车拖出洞口后火灾持续时间内所需要的降温、冷却水量，并能保证消火栓所需的充实水柱，也可以保护灭火人员的安全。消防用水量取20 L/s，火灾持续时间取4 h，消防水池容积应至少为288 m3，设计取300 m3，在线路两侧各设置地上式消火栓1 座［12］。

5 结论

(1)铁路长大隧道中心设置的防灾救援站适宜采用高压细水雾灭火系统，其用水量小、高效、环保，对隧道消防具有很强的针对性。

(2)铁路长大隧道内综合设备洞室采用超细干粉自动灭火装置并配备ABC干粉灭火器，具有高效、经济、安装维修方便等优点，值得推广。

(3)由于目前国内只有部分省份发布了关于高压细水雾的地方标准，且未对设计参数选取、控制方式等作相应的规定，超细干粉自动灭火装置运用于铁路隧道洞室消防也尚处于开始阶段，因此，武广高速铁路浏阳河隧道及蒙西至华中煤运铁路崤山隧道的消防系统的验收和使用，可供类似工程设计借鉴，并将对《铁路工程设计防火规范》修编提供参考。

［1］铁道第三勘察设计院集团有限公司.TB10020—2012 铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2012.

［2］铁道第三勘察设计院集团有限公司.TB10063—2007 铁路工程设计防火规范［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［3］中华人民共和国公安部，GB50898—2013 细水雾灭火系统技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2013.

［4］吴国华，张剑，李勇，等.高压细水雾消火栓灭火系统在铁路特长隧道消防中的应用［J］.铁道标准设计，2009(9):85-87.

［5］史先伟.山区客运专线的防灾救援及安全疏散方案［J］.铁道标准设计，2011(8):75-79，84.

［6］吴国华，李勇.超细干粉在客运专线铁路隧道设备洞室消防中的设计探讨［J］.铁道标准设计，2009(8):86-88.

［7］中铁第四勘察设计院集团有限公司.武广客运专线浏阳河隧道防灾救援施工设计文件［Z］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2013.

［8］孟江，黄盾.武广铁路客运专线浏阳河隧道消防系统设计有关问题探讨［J］.铁道建筑，2010(1):133-136.

［9］孙海富.石太铁路客运专线太行山、南梁长大隧道防灾救援设计研究［J］.铁道标准设计，2009(11):93-96.

［10］中华人民共和国公安部.GB50140—2005 建筑灭火器配置设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2005.

［11］中铁第四勘察设计院集团有限公司.蒙西至华中煤运通道初步设计文件［Z］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2013.

［12］中华人民共和国公安部.GB50016—2006 建筑设计防火规范［S］.北京:中国计划出版社，2006.