国内铁路隧道消防技术发展探讨

2016-02-11刘飞

铁道勘察 2016年5期

关键词：移动式救援列车

刘飞

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

国内铁路隧道消防技术发展探讨

刘飞

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

介绍原铁道部科技发展计划中所列的隧道消防技术各课题研究内容和主要成果，综述铁路隧道消防技术的主要发展历程，并重点介绍山区铁路隧道消防的现状研究成果，包括封堵洞口降氧技术、固定消防技术和移动消防技术，以期完善隧道消防技术及规范编制，为今后隧道消防技术研究与设计方向提供参考。

山区铁路铁路隧道消防技术

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。如果隧道内发生火灾，将很难控制火势，人员物资也极难疏散，容易造成惨重的人员伤亡及重大经济损失[1-3]。铁路作为我国不可缺少的重要交通方式，在国家经济发展中发挥着不可替代的作用，正常情况下山区铁路列车发生火灾的可能性极小，但是列车火灾确实偶有发生，并造成了不可换回的损失，也使乘客及货物安全受到了严重威胁，尤其列车火灾发生在铁路隧道内时，造成的损失更是具有毁灭性，究其原因是由于铁路隧道一般地处偏远，救援力量很难及时到达，施展空间有限等[4]。对于山区铁路隧道火灾及消防技术措施的研究一直是我国铁路消防的研究重点，隧道消防的研究水平也间接反映了国家的综合科技实力和社会进步。

2 铁路隧道消防技术主要发展历程

我国早在1992年就展开了“隧道消防技术的研究”，并由原铁道部列为科技发展计划的重点项目进行研究。鉴于课题涵盖内容多，涉及领域广，先期开展了“A——运营隧道消防技术条件、B——长隧道消防常备技术措施的设计研究、C——长隧道火灾移动式救援列车初步设计方案的研究”三个子项的研究。

这三个子项的课题研究也分别取得了一系列的研究成果。运营隧道消防技术条件的研究提出了铁路隧道消防一些设计规范的基本原则，根据隧道等级划分相应的消防等级、设置标准、消防行动准则及运营消防管理体制等，为今后铁路隧道的设计、施工及运营管理工作提供依据，为最终制定我国铁路隧道消防设计规范打下最初的基础。消防常备技术措施的研究是为了能在火灾初期的及时报警和展开自救工作；移动式救援列车具有机动灵活，投资少的特点，可以用于扑灭隧道火灾，同时也可以运送其他救援设施，是将来研究的重点方向。

1994年，原铁道部继续设立了关于隧道火灾研究的课题，总共包括6个子项，涉及“隧道火灾事故发生的原因”、“火灾隧道封闭火区有害物质的快速检测及防范”、“火灾隧道洞口简易封堵灭火方法及其设备的研究设计”、“隧道内自反应灭火器具的研究”、“熔缆式定温火灾自动报警系统”及 “隧道衬砌结构火灾损伤评定方法和加固措施”等研究内容[4-5]。此阶段更加深入研究了新型隧道消防的报警系统、火灾伤害评判标准等更加细致的内容。

3 山区铁路隧道消防的现状研究成果

“预防为主，防消结合”是我国山区铁路隧道消防工作的基本方针。消防方法有隔离法、降温法和降氧法三种。对于隧道中着火且不能运行的列车火灾，一般采用降温和封堵隧道洞口的方法降氧灭火，主要灭火设备包括固定式自动消防系统和移动式消防设备两种[6]。

固定式消防系统由多个子系统组成，包括火灾探测报警系统、自喷系统、疏散系统、通风排烟系统和控制中心等。针对特长隧道，由于火灾发生位置不确定，造成人员和设备不能及时进入，因此在火灾发生初期依靠固定式灭火设备进行灭火。移动式消防设备主要是以隧道消防救援车的形式为主，例如德国为用于长大铁路隧道的火灾救援，曾特别设计制造了价值约460万美元的隧道火灾救援列车。移动式消防设备目前尚不成熟[7]。

近几年，我国一直重视对山区铁路隧道消防技术的发展研究，主要涉及隧道火灾的特点、发生原因以及救援技术等方面。目前在以下几个方面的消防技术研究中取得了很多成果。

3.1 封闭隧道洞口降氧灭火技术的研究

如果山区隧道内油罐列车火灾发生之后，隧道内的人员已全部安全撤离，这时候可以考虑采用封闭隧道洞口的方法降氧灭火。该灭火技术的关键在于洞口封闭技术和设备、封闭火区燃烧状况的判别技术、隧道封闭火区的降温技术和启封不复燃的防护技术等[8]。研究人员通过煤油在封闭空间的燃烧特点来进行模拟，结果发现，在长度为3 000 m的单线隧道中，单纯的封闭洞口，阻止空气的进入，5 t燃料燃烧只可以持续24 h。因此，封闭洞口是一种可行的方式。此外还进行了火灾不复然条件的试验，得出了“隧道内温度低于250 ℃，空气含氧量低于14.4%，燃料油气的浓度低于爆炸浓度等条件[5]。”

以此为依据，根据隧道长度，分为几种情况。在5 km长度以下的隧道中不管油槽列车在隧道中什么位置着火，都可采用在隧道两端洞口封堵灭火的方法。当油槽列车在长度为5～15 km的隧道内发生火灾时，可在隧道内适当地点采用洞内封堵的灭火方法。对于15 km以上的特长隧道，可设置前述的辅助性固定式自动消防系统对火灾初期进行预测预报和自动灭火处理，把火灾扑灭在萌芽状态[4]。

3.2 隧道火灾固定消防系统技术的研究

山区铁路隧道火灾固定消防系统主要是为了在列车发生火灾时能及时报警，并在火灾初期控制火情，以尽可能地降低损失。要求做到经济、安全、稳定，系统中火灾探测、报警、灭火等一些列措施能及时有效地进行，以利于在火灾初期隧道内的人员展开自救，以及外部救援人员的及时到达。

长度在10 km以上的特长隧道中，一般都要设置固定式消防设施及火灾报警系统。固定式消防设施包括消火栓系统和自动灭火系统。消火栓系统在隧道两侧需进行交错布置，间距不得大于50 m。针对特长铁路隧道，高压细水喷雾消火栓系统具有水量小、灭火效果好的特点。近年来研究主要集中在高压细水喷雾消火栓系统的灭火原理、系统组成以及控制方式。其中武广高速铁路浏阳河隧道设置了高压细水喷雾系统和超细干粉自动灭火装置配套进行消防[9-10]。自动灭火系统的发展大大提升了在火灾初期控制火情的能力。目前自动灭火系统分为喷淋系统、泡沫水喷雾系统、水喷雾系统等。火灾报警是固定式消防设施能够及时进行扑救火灾的关键。火灾报警系统一般由手动报警阀、检测器和控制中心组成。火灾探测器可分为感温探测器和感光探测器。感光探测器利用火灾中特定辐射光的波长进行探测，具有方便维护的优点；而感温探测器是根据隧道内的温度变化来探测火灾的发展，存在着维护困难、造价高的缺点[11-12]。

我国第一座设计了消防设施的铁路隧道是1997年竣工的南昆线米花岭隧道(9392 m)，该隧道消防工程设计了消防救援通道与人工报警、隧道内外的消火栓灭火、干粉灭火器、光纤报警等组成的消防系统，收到了良好的效果[5]。

3.3 长隧道火灾移动式救援列车技术的研究

山区铁路隧道中列车发生火灾的地点、火灾的性质、火灾荷载大小都存在很大随机性，给隧道中的固定灭火设计带来诸多不确定因素，而且固定消防设施的投入和使用中的维护管理费用很高，因而在大量隧道中设计固定式消防设施极不经济。为此研究人员提出了移动式的救援列车方案。1990～1991年，我国完成了“长隧道火灾救援列车可行性论证”的研究报告，提出救援列车总体方案和主要功能及主要技术参数。救援列车的主要功能一方面可以堵塞洞口，使得隧道内的氧含量降低，减缓火情，在长大隧道或隧道群的两端设置可移动的救援灭火列车，是扑灭隧道火灾有效可行的措施之一。另一方面救援列车本身含有不同功能车节，分别装备有化学灭火装置、冷却设备、检测设备、救援设备等。

救援列车的功能可根据投资额度进行调节，灵活多变，不仅可以到达火灾点进行扑灭救火，同时也可以运送货物和人员离开火灾点，是隧道火灾消防的一个重点研究方向。

4 展望

为保证山区铁路运输大动脉的畅通无阻，铁路隧道作为其中的节点，一旦发生火灾将堵塞整个铁路系统，因此不能对山区铁路隧道火灾掉以轻心。我国目前正对铁路隧道消防展开系统的研究，对于铁路隧道的封堵技术、固定式消防和移动式消防技术都获得了一定的研究成果，但目前依然存在着一些技术、规范和设备上的不成熟，将是今后隧道消防技术研究与设计的主要方向。

(1)研究并制定铁路隧道消防技术条件与规程，完善铁路隧道消防设计、施工与验收规范的编制。

(2)在山区铁路长隧道中是否必须设计固定式消防系统，研究并确定设立条件。其中固定式水消防系统设计条件与参数的研究是技术关键。

(3)移动式消防设备应与固定式消防系统并行发展，移动式隧道消防救援列车的研制和分布点的设置都需要进一步的深入研究。

[1] 王效良，赵勇.从数字看中国铁路隧道的建设[J].现代隧道技术，2006，43(5)：7-17

[2] 郭小兵.隧道火灾实例与分析[J].山西建筑，2007，33(34)：332-333

[3] 象华.历史上的隧道火灾[J].山东消防，1999(7)：32-33

[4] 涂文轩.我国铁路隧道消防技术的研究[J]. 消防技术与产品信息，1997(7)：33-35

[5] 柴永模.铁路隧道消防技术研究十年回顾[J].消防技术与产品信息，2002(4)：37-40

[6] 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

[7] 柴永模.铁路隧道消防技术论证[J].铁道建筑，1992(1):16-20

[8] 赵国利.兴旺峁特长铁路隧道消防工程设计及关键技术研究[D].长沙：中南大学，2009：26-28

[9] 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