武汉东湖通道工程水下隧道消防设计

王松林

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉　430063)



武汉东湖通道工程水下隧道消防设计

王松林

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

摘要：针对武汉东湖隧道工程特点，采用多种消防系统共同承担东湖隧道消防体系，其中隧道车行道的暗埋段和半敞口段采用消火栓系统及泡沫-水喷雾系统，主线隧道及匝道的敞开段采用消火栓系统，隧道设备间采用无管网超细干粉灭火，同时在隧道内配设灭火器。重点阐述消火栓系统及泡沫-水喷雾系统的组成及布置、设计参数选取、设备选型。为达到喷头均匀布水的要求，根据隧道车行道宽度不同，选择不同喷头按不同间距采用双侧或单侧布置，灭火时启动1台或2台消防泵。另外对隧道火灾报警系统的组成、火灾报警设施类型、系统功能等进行简要说明。

关键词：东湖隧道；消防系统；设计

武汉东湖通道工程是国内最长的城中湖隧道工程，计划于2014年12月建成。该工程采用隧道穿越东湖风景名胜区，水下隧道在运营管理期间的通风、照明、排水、消防等系统对隧道的正常运营安全至关重要。然而迄今为止，我国尚未制定一套全面系统的水下隧道消防设计及施工的工程建设标准。为此，结合东湖通道工程的消防系统设计实例，对水下特长隧道消防系统设计进行探讨。

1工程概述

东湖通道工程起于二环线水东段红庙立交，止于光谷大道虹景立交，全长约12.8 km，由“桥—隧—隧—路”组成，穿越东湖核心区的隧道段长7.018 km，团成山隧道段长1.264 km。东湖隧道为双洞双向6车道，主线宽33.8 m，隧道结构净空为6.10 m，最小覆土厚度1.0 m。设有3对进出隧道的匝道，设计车速60 km/h；总投资达75.7亿元。

隧道防洪水位按百年一遇，结构安全等级为一级，防水等级为二级，地基基础设计等级为乙级，按7度抗震设防，承重结构体的耐火极限2 h，主体工程设计使用年限100年。

2城市水下交通隧道消防方式确定

2.1灭火剂的种类

城市交通隧道火灾以汽车相撞引发的A、B类火灾最为常见，以汽车火灾为主，而汽车火灾以油类燃烧为主。扑灭隧道火灾的灭火剂有水、泡沫灭火剂、CO2灭火剂、干粉灭火剂等。

水是一种最常用、最廉价的灭火剂，可用于扑A类火灾，同时还有冷却降温和冲淡稀释作用。

泡沫灭火剂密度小、流动性好、持久性和抗燃性能强、导热性能低、黏着力大、能浮盖在着火的液面上形成一道严实的覆盖层，使液面与燃烧区隔绝，阻止燃烧进行，主要用于扑救B类火灾，其中水成膜泡沫灭火剂(亲水泡沫灭火剂)是改性后的泡沫灭火剂，特别适用于扑灭隧道内的汽油火灾。

干粉灭火剂是干燥微细且易于流动的固体粉末，由无机盐和少量的添加剂经干燥、粉碎、混合而成的微细固体粉末组成，主要用于灭火器中。ABC干粉(磷酸铵盐)灭火剂可用于扑救除活泼金属外的其他各类火灾，对火灾种类复杂的隧道特别适用。

2.2消防系统的确定

针对隧道火灾的类型、火灾燃烧阶段以及火灾发生部位，常由几个消防子系统共同组成隧道消防系统。目前城市隧道消防中常采用水消防、灭火器、气体灭火等。

灭火器是初起火灾的重要灭火工具，因操作简单、使用方便、性能可靠，能及时扑灭隧道内各类火灾，是《建筑设计防火规范》规定必备的消防设施。

在公路隧道中，水作为主要灭火剂，常设计成消火栓系统、水喷雾系统、水成膜消火栓系统、泡沫-水喷雾系统等。

消火栓系统是成熟可靠的消防系统，是隧道内、外最基本、最直接的灭火设施，可在火灾初期时灭火和防止火灾扩大，能扑灭多种类型火灾。

水喷雾系统用作控火及防护冷却；工作性能稳定、灭火效率高、使用寿命长、不污染环境、维护方便。

通常，扑灭交通隧道B类火灾的固定灭火系统主要有水成膜消火栓系统和泡沫-水喷雾系统两种。

水成膜消火栓系统是与消火栓系统结合工作，一般是两股水流射向着火点，不设感烟、感温探测点，不分区，采用手动控制。

而泡沫-水喷雾系统通常由泡沫消防系统和自动喷水系统组成。两系统相互独立，设有各自的消防加压及管道系统，在雨淋报警阀后管道及喷头共用，设有感烟、感温探测系统，应分区，采用自动、手动控制。

泡沫-水喷雾灭火系统具有水喷雾和泡沫系统的共同特点，发挥泡沫灭火和水喷雾冷却、控火的优势，具有极强的灭火能力，可大幅度提高对B类火灾和A类火灾的灭火效能，是目前较为先进的隧道灭火系统。

超细干粉灭火剂常制成体积较小的灭火器使用，也有设计成管道系统，主要用于电气灭火。

综上所述，东湖隧道内设置消火栓系统、泡沫-水喷雾灭火系统、灭火器装置、超细干粉自动灭火系统。团成山隧道内设置消火栓系统、灭火器装置。

因篇幅原因，仅对东湖隧道的消防灭火系统的设计进行探讨。

3消火栓系统

3.1消防水源

隧道消防水源采用城市自来水，从隧道两端的城市给水干管上各引1路自来水至洞口处的消防泵房。消防泵房处各设2座400 m3消防水池。

3.2设计原则

(1)在隧道全线(包含进出口及中间敞开段)和匝道全线设消火栓；

(2)一处失火，4股充实水柱同时到达；

(3)洞口内消防用水量20 L/s，最不利点水枪充实水柱≥10 m，火灾延续时间3 h；

(4)洞口外消防用水量为30 L/s，火灾延续时间2 h。

3.3系统布置3.3.1隧道内

(1)消火栓干管

主线隧道：从隧道两端消防泵房分别引出2根DN200的消火栓总管，沿每孔隧道行车方向右侧纵向敷设，全线贯通，形成环状总管。

匝道内的消防干管从主线隧道消防环管上就近接管，管网为枝状。

(2)消火栓

每50 m(匝道并线段为40 m)设置暗装消火栓箱，内设DN65单阀单出口消火栓2个、19 mm喷嘴的水枪2支、报警、启泵按钮等配套设施。

(3)附属设施

每隔5个消火栓箱设1个检修蝶阀，最低处设排水阀，最高处设排气阀。

3.3.2隧道外

在每座消防泵房附近均设2座消火栓水泵接合器和8座水喷雾水泵接合器，分别与消防泵房内对应的水泵出水管相连；并在水泵接合器附近15～40 m范围内的市政管道环管上相应设置10座室外消火栓。

在隧道口、匝道口以及隧道中间半敞开段两端的市政道路环管上各设置2座室外消火栓，供隧道敞开段消防用水。

3.4计算条件及设备选型3.4.1计算条件

(1)管网设计流量为20 L/s，火灾延续时间3 h；

(2)最不利点：距隧道中部联络通道中最近的消火栓为最不利点，分别计算隧道两端的消防泵的扬程；

(3)消火栓栓口安装高度：距车行道路面1.1 m；

(4)最不利点充实水柱≥10 m。

3.4.2设备及管材

隧道两端消防泵房内分别设3台消火栓泵组，2用1备，水泵性能参数为：Q=20 L/s，H=50 m，P=18.5 kW；ZW(L)-II-X-B型立式稳压设备1套，压力为0.38～0.5 MPa。

消防给水管采用内外热镀锌钢管，耐压1.6 MPa。管径>DN65沟槽式连接，余为丝扣连接，每隔200 m设不锈钢波纹补偿器。

3.5启动方式

消火栓箱内设按钮启动、泵房内手动启动；控制中心远程启动，并显示其启闭状态。

4泡沫-水喷雾系统

4.1设计原则

(1)东湖隧道暗埋段及滨湖广场半敞口段、南岸半敞口段设泡沫-水喷雾联用喷头；

(2)断面宽度大于13 m时，在断面两侧设喷头，余在一侧设喷头；

(3)泡沫混合液供给强度：6.5 L/(min·m2)，混合比为3%；

(4)泡沫连续供给时间：20 min；

(5)水喷雾供给强度：6.5 L/(min·m2)；

(6)水喷雾防护冷却持续时间：1 h；

(7)最不利点喷头工作压力≥0.35 MPa。

4.2系统布置4.2.1消防干管

主线隧道沿每孔隧道行车方向的右侧同时铺1条DN300水喷雾干管和DN80泡沫管道，分别与两端消防泵房各自引出2条扬水管相连，全线贯通，各自成环。

匝道内的消防枝状管从主线隧道环管上就近接管。

4.2.2附属设施

图1　隧道标准断面消防设施布置(单位：mm)

图2　泡沫-水喷雾系统

环状总管上每隔5个消火栓箱设1个检修蝶阀，最高处设排气阀，最低点设放水阀。详见图1和图2。

4.3计算条件及设备选型4.3.1计算条件

(1)1个保护区段长度：主线并线段20 m，其余25 m；

(2)喷头设置间距及位置：间距均为5 m；匝道段单侧等距离布置，其余地段两侧对称等距离布置；

(3)消防时任意相邻两组分区系统同时作用，先喷泡沫，后改喷水喷雾，持续时间1 h；

(4)最不利点：距隧道中部联络通道中最近的一组泡沫水喷雾喷头为最不利点，分别计算隧道两端消防泵的扬程。

4.3.2喷头布置(表1)4.3.3设备及管材

为避免不同位置的喷头水量相差较大，消防主泵均按3台设计，根据失火的地点不同，消防泵启用1台或2台。

泵房内设水喷雾泵3台(隧道主线灭火、匝道并线段灭火、隧道匝道灭火分别启用2、2、1台泵)，水泵性能参数为：Q=60 L/s，H=100 m，P=90 kW；ZW(L)-II-Z-E型立式稳压设备1套。泵房内设泡沫泵3台(泵启动台数同上)、水泵性能参数为：Q=1.8 L/s，H=110 m，P=4 kW，带电极表的气罐1个。

表1　喷头布置一览

泡沫液管采用不锈钢管，其他管材同消防给水管。

4.4控制方式

自动报警启动、泵房内手动启动、泡沫-水喷雾控制箱内按钮启动、控制中心远程启动，并显示其启闭状态。

5灭火器配置

5.1灭火器类型

由于隧道内可能发生A、B、E类火灾，灭火器选用手提式磷酸铵盐干粉灭火器和轻水泡沫灭火器。

5.2设置要求

在隧道行车道两侧每隔50 m交错布置1组灭火器箱，共设灭火器756组。每组箱内设2只5 kg磷酸铵盐干粉灭火器和2只9 L轻水泡沫灭火器，供扑灭初期火灾使用。

6气体灭火系统

隧道内电气室、低压室、风机房、弱电设备用房等位置设超细干粉无管网灭火系统，采用全淹没灭火方式。

7火灾报警系统组成及特点

7.1系统组成

火灾报警系统作为隧道监控系统的一部分，由火灾自动报警器(控制主机及分机、区域显示盘、信号及控制模块)、中文彩色图像显示终端、火灾探测器(光纤光栅感温火灾探测系统、智能光电式感烟探测器、智能型感温探测器)、手动报警按钮、警铃、电源线及信号线缆等组成。

7.2火灾报警设施

火灾报警器分为自动报警和手动报警。自动报警有感温、感光、感烟传感器，目前使用最多的是感温光缆。本工程隧道内车道采用光纤光栅感温火灾探测系统；隧道内生产用房采用智能光电式感烟探测器与智能型感温探测器相结合的方式。

7.3系统设置

在通道内弱电设备房间设置3台火灾报警控制分机，隧道控制中心设置1台火灾报警控制主机，通过专用网络建立了一套集散式网络化火灾报警系统。

隧道顶部平行配置两路探测器。在车行隧道的一侧壁上，每隔40 m或50 m设置手动报警按钮，与灭火器、消火栓共用一个箱体。

隧道内生产用房设感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、声光报警器、超细干粉灭火控制系统等。

在隧道人行道安全门上方设声光报警系统，火灾时，诱导指引人员及时疏散。

7.4系统功能

监控中心可接收全路段的人工报警信号、火灾探测器报警信号、消火栓按钮及手动报警按钮等设备的自动和手动报警信号，并通过图像监控系统对火灾加以确认。必要时对消火栓泵、泡沫泵及水喷雾泵等进行强制性直接启动控制(即远程控制)，并接受反馈信号。

8结语

水火无情，城市交通隧道火灾是难免遇到的灾难之一，一旦发生，将造成重大人员伤亡和财产损失。为减少灾难损失，应重视隧道防灾救援系统的设计，贯彻“预防为主，防消结合”的方针，配套建设全面系统的隧道消防设施，保证城市交通隧道安全畅通。

综上所述，随着越来越多城市大型交通隧道的建造，多种消防系统组合运用，对城市交通隧道尤其是水底交通隧道起到保驾护航的作用，可以大大降低火灾造成的损失，减少人员的伤亡，确保人们更安全、方便、快速地在城市间穿梭。

参考文献：

[1]中华人民共和国公安部.GB50015—2006建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

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[5]中华人民共和国建设部.GB50219—95水喷雾灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，1995.

[6]中华人民共和国建设部.GB50084—2001(2005版)自动喷水灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

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[8]湖北省公安厅消防局.DB42/294—2004超细干粉灭火系统设计、施工及验收规范[S].武汉：湖北省技术监督信息研究所，2004.

The Design of Wuhan East Lake Tunnel Fire Protection System

WANG Song-lin

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063, China)

Abstract：According to the engineering characteristics of Wuhan East Lake tunnel， a multi-fire protection system is employed. Fire hydrant system and foam-water spray system are used in the buried and semi-open sections of the tunnel roadway while only fire hydrant system is designed in the opening section of the main tunnel and ramp. Pipeless ultra-fine powder fire extinguishers are equipped in the tunnel equipment room and fire extinguishers are in place along the whole tunnel. This paper focuses on the composition， arrangement， design parameters and selection of the foam-water spray system. To achieve a uniform distribution of water sprinklers， different nozzles are selected and installed in different intervals on either two sides or one side according to the width of the tunnel roadway. One or two pumps are activated accordingly during fire fighting. In additional， the composition of fire alarming system， the types of alarming facilities and the system functions are concisely explained．

Key words：East Lake tunnel， Fire protection system; Design

中图分类号：U453

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.022

文章编号：1004-2954(2015)04-0089-05

作者简介：王松林(1965—)，男，高级工程师，1987年毕业于华中科技大学，工学学士，E-mail：13971502528@163.com。

收稿日期：2014-11-13