水下公路隧道消防系统关键技术要点分析

夏维

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

0 引言

当前，我国城镇化建设水平逐渐提升，大量人口从乡村向邻近城市转移，极大地增加了城市的交通压力。在这一背景下，为了缓解交通压力，部分有条件的城市建立了水下公路隧道，为城市交通压力的缓解作出较为突出的贡献。

目前，由于水下公路隧道消防系统设计施工相关标准还不够全面，相关标准的系统性操作有待提高，使得水下公路隧道消防系统存在一定安全隐患，由此可见，开展水下公路隧道消防系统关键技术研究具有一定的迫切性和现实性。

1 水下公路隧道火灾情况概述

1.1 水下公路隧道及其火灾特点

广义的水下隧道是指通过人工方法挖掘的、处于水下的一种可供人员通行的隧道。早在公元前2160年左右，巴比伦就已经建成第一个水下隧道，总长度为900m，可供人员通行；近代以来，英国在1825 年修建第一条泰晤士河水下隧道；20 世纪30 年代之后，科学技术迅猛发展，水下隧道建设技术也得到显著提升，至80 年代前后，世界范围内已经修建100 余条水下隧道。

本文所研究的对象主要是指现代社会修建的可供车辆通行的标准化、现代化水下公路隧道。

水下公路隧道具有相当强的封闭性，断面相对较小，在发生火灾时，与传统的地面建筑火灾相比，存在比较明显的区别。在实践中，水下公路隧道火灾一般存在以下重要特点：

一是随机性大。水下公路隧道的基础构造物一般不具备可燃性，其发生的火灾一般是内部行驶车辆引发的，具体诱发原因包括车辆碰撞事故、车载爆炸物爆炸、车上易燃物引燃、人为纵火等多种情况，具有相当强的随机性，很难根据某些线索推断并在此基础上阻断火灾发生。

二是时间短且发展速度快。从空间结构角度而言，隧道是一个狭长甬道，在火灾发生时，很容易受到纵向风的影响，在很短的时间内，火灾就会发展到相当猛烈的程度，因此，隧道火灾的扑救难度普遍较大。

三是危害性大。隧道存在较强的特殊性，属于半密闭结构，同时，隧道内部还有汽车运行产生的大量尾气，二者导致隧道内部空气含氧量相对较低。当隧道内发生火灾时，会产生大量的不完全燃烧产物，在隧道内部形成浓烟并迅速扩散，在很短的时间内就会导致隧道内部温度上升。在现实中，隧道火灾通常会导致较大的人员伤亡及财产损失，特别是在交通密度较大的隧道中，营救难度通常很大，社会危害性极其严重[1]。

1.2 水下公路隧道火灾产生的根本原因

对水下公路隧道火灾产生的根本原因进行分析与探究也是非常重要的，现实中，水下公路隧道发生火灾的主要原因一般包括：

一是隧道内部车辆碰撞。隧道内部空间狭小，车辆相对较多，通行视野较差，很容易导致内部车辆碰撞，严重者导致车辆起火，进而诱发隧道火灾。

二是隧道内部车辆故障。车辆在隧道内部如果出现电气线路故障、制动故障等情况，也很容易导致火灾发生。

三是隧道内部车辆搭载货物自燃。水下公路隧道通常会为载货车辆提供通行服务，部分货车搭载着易燃易爆物品，在隧道内部如果自燃，则会导致火灾发生；如果其他车辆引发的火灾蔓延到搭载易燃易爆物品的货车上，则会进一步加大火灾的危害程度。

2 国内外水下公路隧道消防现状

2.1 国外水下公路隧道消防现状

与国内相比，国外水下公路隧道建设时间相对较早，发展时间较长，内部设施建设及相关法律法规均具备较强的成熟性。例如，英法海峡隧道就是其中的典型代表，该隧道由三条平行隧道构成，三条隧道的长度均为51km，其中，海底段的隧道长度为38km，是世界上最长的海底隧道，其现代化程度较高。该水下公路隧道的消防设施也比较齐备，共有4 个供水水源，分别设置有4 座800m3的消防水池，同时配备了各类专业消防设施，包括稳压泵、泡沫产生器、连接管道等，基本能够满足实际消防需求[2]。

2.2 国内水下公路隧道消防现状

国内水下公路隧道建设时间相对较短，消防设施建设力度及完善程度仍有一些不足，但是随着时代的发展，我国水下公路隧道的消防设施建设正在向着全面化、实用化的方向发展。在实践中，近几年新建的水下公路隧道消防系统基本都采用了先进的消防系统，如泡沫-水喷雾自动灭火系统、消火栓系统等，提升了水下公路隧道的消防能力[3]。

例如，在南京长江越江隧道中，其消防系统就达到了比较完善的程度，在隧道的敞开段、暗埋段、盾构段，均按照50m 的间距设置了用水量为20L/s 的消火栓箱，在暗埋段、盾构段设置了泡沫-水喷雾自动灭火系统，每间隔25m 设置一个雨淋阀组，其流量按照不利情况进行设计，基本能够满足大多数情形下的消防需要。

在相关法律文件方面，我国当前的水下公路隧道消防法律文件的完善程度仍显不足。例如，在《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151—2010）这一标准性文件中，对于公路隧道中泡沫-水喷雾自动灭火系统防火分区等的设置参数并没有进行明确规定，仅确定了消火栓箱的设置间距、泡沫混合液连续供给时间，无法对隧道消防提供有效指导。

根据上述内容可知，当前我国水下公路隧道消防系统的建设已经达到了比较完善的程度，在实践中的现代化水平相对较高。但是在法律文件方面有待完善，很难为现代水下公路隧道消防系统的建设提供明确指引[4]。

3 水下公路隧道消防系统关键技术要点

3.1 消防系统设置要点

水下公路隧道的长度存在比较明显的差异，不同长度水下公路隧道火灾的危害性不同，因此，其内部消防系统的设置也应当结合隧道的实际长度进行选择。具体为：

一是当水下公路隧道长度在500m 以下时，设置灭火器即可。

二是当水下公路隧道长度在500m 以上、1000m 以下时，需要设置室内外消火栓系统、水成膜泡沫灭火装置、灭火器。

三是当水下公路隧道长度在1000m 以上、3000m以下时，需要设置室内外消火栓系统、水成膜泡沫灭火装置、灭火器，可以根据需求设置泡沫-水喷雾自动灭火系统。

四是当水下公路隧道长度在3000m 以上时，需要设置室内外消火栓系统、水成膜泡沫灭火装置、灭火器、泡沫-水喷雾自动灭火系统。

3.2 消火栓系统设置要点

消火栓系统是水下公路隧道消防系统的核心内容，具体设置要点如下：

首先，在隧道盾构段、引道段、明挖暗埋段均应当设置消火栓系统，水下公路隧道消防体系中的消火栓系统主要结构包括消火栓箱、供水管道、泵机组、报警器。

其次，应对隧道内部的各项关键要素进行详细设置，例如，室内消火栓与室外消火栓在用水量上存在一定差异，分别为20L/s、30L/s，在发生火灾时，应当保证4 个水枪能够同时发挥作用。

最后，隧道内部消火栓箱是重要的供水设备，因此应当保证其间距能够满足用水需求，最大间距不能超过50m。

3.3 水成膜泡沫灭火装置要点

水成膜泡沫灭火装置的先进性相对较强，其布设要点包括：

首先，该设备的布设间距应当控制在50m 以内，在实践中通常可以放在消火栓箱附近。其次，水成膜泡沫灭火装置参数应符合要求，主要包括流量大于30L/min、供给强度大于5L/（min·m2）、持续供给时间大于20min、软管长度大于25m 等。最后，水成膜泡沫灭火装置的结构应当完整，一套完整的装置一般包括软管、泡沫容器、负压式比例混合器、导向架、喷枪以及其他重要组件。

3.4 泡沫-水喷雾自动灭火系统设置要点

泡沫-水喷雾自动灭火系统是当前时代背景下较为先进的消防系统之一，其在隧道火灾中的实际表现相对较强，在长距离隧道中具有安装必要性。首先，该系统的组成结构包括组合喷头、控制阀组、水喷雾泵组、供水管道、泡沫液管道、储液罐等。其次，泡沫-水喷雾自动灭火系统的各项参数均应满足实际要求，主要包括供给强度大于6.5L/（min·m2）、持续供给时间大于10min、防护分区为25m 等。最后，相关技术人员在长期实践过程中发现，当隧道内部存在高大车辆，且隧道为双向六车道时，传统的单侧远近组合喷头很难发挥最佳效果，因此，在双向六车道的大型隧道中，可以在隧道两侧均设置喷头。

3.5 灭火器设置要点

在水下公路隧道消防系统中，无论任何长度的隧道，均需要设置灭火器，灭火器体积小，灵活性相对较强，能够轻松扑灭小型火灾，同时弥补部分特殊情形下其他消防设施无法实现全面覆盖的缺陷。首先，在隧道内部，需要在隧道盾构段、引道段、明挖暗埋段三个重要段落的两侧，按照特定长度（一般为25m），交错设置灭火器。其次，隧道火灾一般为电气火灾，因此可以选用磷酸铵盐干粉灭火器，该灭火器在隧道火灾中能够发挥较好的灭火效果。最后，出于便携考虑，灭火器应尽量选择体积较小的，总重量在6kg 左右为最佳标准[5]。

3.6 防灾救援点的消火栓系统设置

防灾救援点是水下公路隧道消防系统的重要组成部分。首先，在其内部应设置高压细水雾消火栓系统，该系统的主要组成部分为高压泵组、系统过滤装置、水箱、消火栓箱等，能够独立执行隧道内部灭火任务。其次，相关技术人员应当在隧道内部设置消防泵房，为了满足实际工作情境中的进水压力要求，应在主泵附近设置补水增压泵。最后，在防灾救援点附近600m 内，应当设置48 组消火栓箱，以满足各种场景下的火灾扑救需求。

3.7 水下公路隧道消防系统水源选择要点

在灭火过程中，选择合适、充沛的水源也是非常重要的。具体而言，水下公路隧道消防用水对于水体质量没有特殊要求，在实践中，相关单位一般会选择市政水源、消防水池作为水下公路隧道消防系统的水体来源，如果上述两种资源无法满足消防需求，也可以引进天然水源作为消防水源。但是，在采用天然水源为消防系统进行供水时，相关工作人员应当充分结合实际情况，采取必要技术措施保证供水的稳定性。例如，较长的水下公路隧道一般都在远离市区的偏远地区，选择市政水源、消防水池作为其供水来源具有很大的难度。在这种情况下，相关技术人员可以选择深井供水、山涧溪流及隧道渗透水供水等方法，其中，深井供水基本能够满足消防需求，同时稳定性也相对较强，但是，此种方法在实践中一般需要消耗较高的建设成本。山涧溪流及隧道渗透水收集的难度相对较低，不需要消耗较高的建筑成本，但是此种方法的稳定性相对较差，无法实现长期稳定供水，在处理大型火灾时很容易出现水资源供给不足的问题。总之，水源的选择并不是固定的，相关工作人员应当根据水下公路隧道所在地的实际情况合理选择，同时应当综合考虑建设成本、水源可靠性这两个关键要素。

4 结语

综上所述，在水下公路隧道火灾预防重要性日益增长的时代背景下，保证其消防设施的完善与标准对于保障人民群众生命财产安全具有十分重要的价值与意义。本文选取了水下公路隧道这一典型的水下隧道类别，对其在消防系统设计过程中的关键技术要点进行了全面分析。当前，我国与水下公路隧道消防相关的规范性文件中，对于消防系统的规定相对较少，因此，相关单位可以充分结合自身的实际情况，以本文提出的技术要点为参考，对自身存在的不足进行查找与完善，以提升自身的消防安全水平。