城市交通隧道消防系统设计探讨

摘要：目前，国内关于城市交通隧道消防工程的技术标准有待进一步完善，为积极推动隧道消防安全，以某机场交通隧道为例，提出城市交通隧道的消防系统选择原则，重点介绍隧道消火栓供水系统和隧道内外消火栓系统的选定，消防泵站及稳压泵的具体参数选定和设计计算，探讨了固定式水成膜泡沫灭火系统和灭火器系统的具体布置，为类似工程的设计提供参考。

关键词：交通隧道；消防系统；消火栓系统；供水系统；水成膜泡沫灭火系统

中图分类号：U459.2 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2024）08-0104-03

城市交通隧道为狭长形地下线性工程，近乎封闭区间，通风条件差，救援空间小，一旦发生火灾，人员疏散逃生和消防救援都比较困难[1]，因此，结合具体城市交通隧道工程消防设计进行总结和探讨，为相似项目提供参考。

1 项目概况

某机场交通隧道采用暗埋隧道形式下穿机场停机坪，并从地下延伸进航站楼内侧的地面层，最终与内部陆域交通衔接，道路等级为城市主干路，设计为双向六车道，隧道为双洞布置形式，单洞建筑界限为12.25m×5m，隧道总长为2.14km。本隧道仅限通行非危险化学品等机动车，根据GB50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》（简称《建规》）12.1.2条规定，本隧道属于二类城市交通隧道，假定同一时间内发生火灾数按照一处计，见图1。

2 隧道消防系统选择

城市交通隧道的消防设计以《建规》、GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》（简称《消规》）、GB50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》（简称《灭火器规》）作为主要设计依据，并参考JTGD70/2—2014《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》（简称《公隧消规》）。

根据《建规》《消规》的规定，二类城市交通隧道设计时均应设置消火栓系统、灭火器灭火系统，而根据《公隧消规》的要求，还应布置固定式水成膜泡沫灭火系统。

固定式水成膜泡沫灭火系统原理：发生B类油类或流淌火灾时，在泡沫和水成膜的双重作用下，能够迅速冷却并覆盖油面，使燃烧物与空气隔绝，以达到扑灭B类火灾的效果。系统可结合消火栓系统布置，运维较为便利、投资较低，但需要手动控制，主要用于火灾初期驾驶员或消防队员灭火使用。B类火灾亦为本隧道主要火灾类型，故本隧道考虑同步设置固定式水成膜泡沫灭火系统。

上述技术标准中均未涉及隧道自动灭火系统的相关规定，近几年过江隧道、特长隧道等隧道引入泡沫-水喷雾联用灭火系统，该系统可以自动控制及远程操作，为自动灭火系统，灭火时首先喷出泡沫，泡沫与水的混合比为3%，之后喷水进行冷却，对A、B类火灾灭火效果均较好。泡沫-水喷雾联用系统复杂、投资高、后期运维费用高，一般适用于水下隧道和隧道长度超过3km、火灾扑救困难的大型隧道[2-3]。

本隧道长度为2.14km，结合考虑机场片区配套设施完善、预计较为及时的消防救援能力等因素，最终确定本隧道采用消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火系统、灭火器灭火系统。

3 隧道消火栓系统设计

3.1 隧道消火栓供水系统选定

一般城市交通隧道消火栓系统可采用如下两个方案：方案一：隧道顶或者隧道两端有地势高差可以利用，且没有征地问题，可考虑采用高位消防水池供水的常高压供水系统。方案二：项目周边没有地势高差可以利用或者征地有问题，可采用市政管网+低位消防水池供水，通过消防水泵增压供水的临时高压供水系统。

本项目下穿机场停机坪，地面较为平坦且不能在机场围界范围内设置地面构筑物，故本项目没有条件设置常高压供水消火栓系统，考虑采用临时高压供水系统。

3.2 隧道内外消火栓系统选定

根据《消规》规定，隧道外消火栓用水量为30L/s，隧道内消防用水量消火栓20L/s（同时使用水枪4支），火灾延续时间不小于3h；隧道内的消防供水压力应保证用水量达到最大时，最低压力不应小于0.3MPa，隧道外消火栓供水压力从地面算起不应小于0.1MPa，要求在隧道洞口附近设置水泵接合器和室外消火栓等。可见隧道内外消火栓系统所需流量和压力均不同，且要求在隧道洞口设置水泵接合器，用于从隧道外消火栓取水补充隧道内消火栓系统，故应考虑隧道内外设置两个独立的消火栓系统。

鉴于隧道两端洞口距离较长，隧道两端洞口分别设置室外消火栓，且隧道外消火栓的用水量为30L/s，需解决室外消火栓系统干管连成环的问题。本项目隧道西侧洞口有某机场供水站和一路DN600市政给水干管可以作为水源，隧道东侧洞口有项目消防水池和一路DN600市政给水干管可以作为水源，且DN600市政干管水压约为0.4MPa，机场供水站出水管水压为0.35MPa，均满足室外消火栓的压力要求，即每个洞口均满足两路消防水源的要求，故考虑隧道外消火栓系统在隧道两端洞口各自独立成环，隧道内消火栓系统在隧道内独立成环，隧道主线无需额外布置隧道外的消防干管。该方案一次性投资较小，管路系统简单，后续管理与维护便利，见图2。

3.3 隧道消火栓系统总体布置

隧道外每个隧道洞口水源引入后，通过DN200消防干管在隧道洞口附近连成环，并设置两个地上式消火栓（SSF150/65）。

隧道内消火栓系统，通过从隧道东侧洞口附近的管理用房地下室的消防水池吸水，经由消防泵房提升后，引出两根DN150消防干管，沿隧道两洞行车方向右侧管沟内各布置一根DN150消防给水干管，为保证供水可靠性，消防给水干管在隧道两端洞口、人行横洞、车行横洞处设置DN150连通管，间隔40m设置一处消火栓箱，并在隧道两端洞口处设置水泵接合器。消防干管上分段设检修软密封闸阀，闸阀上设置启闭标志，平时全部开启，检修时根据需要局部关闭，并保证停止使用的消火栓每次不超过5个。消防管道采用内外喷涂环氧树脂复合钢管，管道接口采用沟槽式连接。

3.4 消防水池设计

按照预留一次火灾延续时间3h内，隧道内消火栓用水量（20L/s）、隧道室外消火栓用水量（30L/s）、固定式水成膜灭火装置用水量（1L/s）的总和，则消防水池有效容积为（20+30）×3600×3/1000+1×60×22/1000＝541.32m3，取585m3，消防水池设置于隧道管理用房地下一层，分两格，有效水深3.15m。

3.5 消防泵站工艺设计计算

根据《消规》规定，隧道内的消防供水压力应保证用水量达到最大时，最低压力不应小于0.3MPa，当消火栓栓口处的出水压力超过0.7MPa时，应设置减压设施。固定式水成膜泡沫系统与消火栓系统共用一个消防泵加压系统，该系统要求的最不利点处的最小压力为0.35MPa，故隧道内消火栓系统最不利点最小压力P0采用0.35MPa。

经复核，本隧道最不利消火栓为距离消防水池最远的消火栓。最不利点消火栓栓口标高-0.62m，消防水池最低有效水位为2.2m，两者几何高差h为2.82m。DN150消防干管单位沿程水头损失为0.007715mH2O/m，管道计算长度为1900m，按照沿程水头损失20%计，则总的水头损失为0.007715×1900×1.2=17.59m。根据《消规》规定，水头损失安全系统k2可取1.2～1.4，本项目取1.2，消防水泵设计扬程：H=k2×总水头损失+h+100×P0=1.2×17.59-2.82+100×0.35=53.29m，取55m。则选择消火栓给水泵Q=20L/s，H=55m，N=30kW，两台，一用一备。

为满足隧道内消火栓系统在准工作状态时静水压力要求，消防泵配套设置稳压泵。本隧道稳压泵与消防泵共同布置在隧道管理用房地下一层，消防水池最低水位标高2.2m，较最不利点消火栓栓口标高-0.62m高，稳压泵设计扬程HW可参照GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》中设置高位水箱及上置式稳压泵的工况进行计算。

P=P-0.01H+（0.07～0.10） （1）

式中：P——稳压泵启泵压力，MPa；

P——最不利点消防设施的最低工作压力，MPa，本隧道消火栓充实水柱长度按照10m计，约为0.16MPa；

H——消防水池最低有效水位和最不利消火栓栓口高差，m，为2.82m。

（0.07～0.10）——稳压泵设计压力的增加值，本隧道取0.10MPa。

则，P=0.16-0.01×2.82+0.10=0.23MPa。

P=P+（0.05～0.06） （2）

式中：P——稳压泵停泵压力，MPa。

（0.05～0.06）——稳压泵停泵压力比启泵压力的增加值，本隧道取0.06MPa。

则，P=0.23+0.06=0.29MPa。

稳压泵设计扬程H=100×（P+P）/2=100×（0.23+0.29）/2=26m。稳压泵的设计流量取1.0L/s，则稳压泵主要参数Q=1.0L/s，H=26m，两台，一用一备，配套气压水罐SQL800×0.6一套。

3.6 隧道内消火栓设施布置

《建规》《消规》对于单洞三车道的隧道，要求消火栓间距不大于50m，参考《公隧消规》要求，消火栓间距不应大于40m，考虑按照严格的条文执行，即隧道内消火栓间距按照不大于40m布置。消火栓箱设施：两个单出口消火栓及PMZ30型水成膜泡沫灭火装置各1组，消火栓箱内装两个SN65减压稳压消火栓、QZ19水枪、DN65涤纶衬胶水龙带25m各2个、消防启泵按钮1个。

4 固定式水成膜泡沫灭火系统设计

固定式水成膜泡沫设备与隧道内消火栓设备共用箱体，一个箱内配备水成膜泡沫液不锈钢罐1个，泡沫液浓度3%，泡沫液贮量为30L，DN25、长度25m软管1组，泡沫喷枪1支，设计流量1L/s，喷射灭火时间≥30min，喷射距离≥6m，发泡倍数≥4.5，最不利点喷头压力为0.35MPa，进水管上配备有压力计、过滤器、供水阀等设施。

5 灭火器系统设计

根据《灭火器规》规定，隧道为A、B类火灾场所，中危险级，根据《公隧消规》规定，隧道单洞为三车道时，宜在单洞两侧交错设置灭火器。本项目考虑在每孔隧洞两侧交错布设灭火器，单边间距约40m，每组灭火器箱，内设MJPZ6型手提式水成膜泡沫灭火器1个，MF/ABC5型手提式多用途干粉灭火器3个及报警按钮1个。

6 结束语

城市交通隧道消防系统应结合隧道是否允许通行危险化学品等机动车、隧道长度、隧道车道数等因素综合考虑。隧道长度不超过3km且仅限通行非危险品机动车的二类城市交通隧道建议布置消火栓、固定水成膜、灭火器等消防系统。隧道内外消火栓系统建议互相独立，各自成环布置，便于后续起火时从隧道洞口水泵接合器往隧道内消火栓系统补水。隧道两端洞口若满足2路消防水源的要求，可考虑隧道两端洞口室外消火栓系统分别成环，不需要沿隧道敷设室外消火栓系统干管连通两端洞口室外消火栓，以节约投资、降低后期运维难度。

参考文献

[1]马英.公路特长隧道水消防系统设计与分析[J].福建交通科技，2023（5）：43-46.

[2]杨开峰.南昌市艾溪湖隧道消防及排水系统设计探讨[J].市政技术，2024，42（5）：207-213.

[3]张怡.超长城市隧道水消防系统设计及自动灭火系统优化[J].给水排水，2023，59（7）：75-81.