公路特长隧道水消防系统设计与分析.pdf

福建交通科技圆园23 年第 5 期近年来我国公路隧道建设技术突飞猛进袁隧道建设逐渐向特长尧超宽大断面发展遥 截至2021 年底袁我国仅 10 km 以上的特长隧道就有 42 座袁特长隧道的火灾危险性更高尧后果更严重袁一旦发生隧道火灾袁不仅造成较大经济损失袁还会造成恶劣的社会影响遥规划设计及建设安全可靠的隧道水消防系统袁是保证隧道安全运营的重要措施之一遥1特长隧道的界定根据 叶公路隧道设计规范曳渊JTG 3370.1-2018冤规定袁3 000 m 以上的隧道属于特长隧道遥 另外袁根据应急管理部四川消防研究所等单位编制的工程建设国家标准 叶公路隧道消防技术标准曳渊报批稿冤规定袁5 000 m逸L跃3 000 m 的隧道为特长隧道袁L跃5 000 m 的隧道为超长隧道遥 本研究所分析的特长隧道为 3 000 m 以上的隧道遥2特长隧道火灾危险性分析2.1交通量大袁火灾发生概率高据有关统计资料显示袁隧道火灾的发生频率为10耀17 次/渊亿车 窑 km冤咱1暂袁特长隧道的火灾发生频率至少是长隧道的 3 倍以上遥2.2缺氧燃烧产生浓烟毒气袁救援难度大特长隧道火灾为典型的缺氧燃烧袁 通风受限尧空气补给不足袁其燃烧产物中 CO 浓度往往高于地面建筑火灾袁灭火过程中产生的水蒸气尧有毒有害气体数量巨大袁以往火灾中多次出现因缺氧窒息而致人死亡的案例咱2暂遥2.3救援困难袁易发生二次伤害特长隧道近似于封闭空间袁灭火救援路线和疏散路线尧烟气流动路线容易产生交叉袁加之救援面和救援途径有限袁车辆疏散所需的时间长袁火灾扑救难度大袁救援期间发生二次灾害的概率大遥2.4损失严重袁造成社会影响大隧道火灾不仅会造成隧道结构破坏尧设施设备损坏及交通工具烧毁等直接经济损失袁引发交通事故尧爆炸尧人员中毒等次生灾害袁还会造成交通中断尧增加运营成本等间接经济损失遥4 起发生在特长隧道内的火灾事故情况见表 1遥表 14 起特长隧道火灾事故情况3各国对特长隧道水消防系统配置的要求欧美国家尧日本等隧道较多的国家袁都建立了隧道工程建设标准体系袁 在灭火系统的设置方面袁各国的差距较大遥 日本尧美国尧德国尧荷兰的隧道消防灭火系统基本设置要求见表 2遥公路特长隧道水消防系统设计与分析姻 马英（福建省交通规划设计院有限公司，福州350004）摘要通过阐述公路特长隧道的火灾危险性袁结合现有隧道的水消防系统袁从特长隧道高位消防水池容积设计尧消火栓给水系统选择尧消防水池高程设计尧系统超压采取的措施等方面袁对特长隧道的水消防系统设置进行分析袁提出一些实际工作中的设计思路袁为进一步完善公路隧道消防设计提供参考遥关键词特长隧道消防水池有效容积水消防系统中图分类号院U453.8文献标志码院A文章编号院1674-8581渊2023冤05-0043-04隧道名称隧道长度/km死亡人数/人经济损失交通中断时长猫狸岭隧道3.595重大经济损失18 d勃朗峰隧道11.6041毁车 43 辆1.5 年以上托恩隧道8.5013毁车 34 辆3 个月圣哥达隧道16.9020毁车 100 辆2 个月43FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期表 2日本尧美国尧德国尧荷兰隧道消防灭火系统基本设置要求我国行业标准 叶公路隧道设计规范第二册 交通工程与附属设施曳渊JTG D70/2-2014冤规定袁特长隧道必须设室内外消火栓尧水成膜泡沫灭火装置和灭火器遥4特长隧道水消防系统设计分析4.1高位水池有效容积设计目前袁各相关设计规范对高位水池有效容积计算规定不统一遥 渊1冤叶公路隧道设计规范曳渊JTG D70/2-2014冤规定袁隧道长度 L逸3 000 m 消火栓一次灭火用水量为 20 L/s袁火灾延续时间为 4 h袁用水量为288 m3咱3暂遥 渊2冤叶建筑设计防火规范曳渊GB50016-2018冤规定了 L跃3 000 m 的城市交通隧道为一类隧道袁火灾延续时间不应小于 3 h袁 室内消火栓用水量不应小于 20 L/s袁 室外消火栓用水量不应小于 30 L/s咱4暂遥渊3冤叶公路隧道设计手册曳规定袁特长隧道室外消火栓用水量不应小于 30 L/s袁 室内消火栓用水量不应小于 20 L/s袁火灾延续时间不应小于 3 h袁水成膜泡沫灭火装置可不计入消防用水总量遥 渊4冤广西壮族自治区地方标准叶高速公路隧道消防设计技术规范曳渊DB 45/T 2120要2020冤规定袁隧道长度 L逸3 000 室内消火栓一次灭火用水量为 25 L/s袁火灾延续时间不应小于 4 h袁隧道外消火栓用水量不应小于 30 L/s遥渊5冤由应急管理部四川消防研究所等单位编制的工程建设国家标准叶公路隧道消防技术标准曳渊报批稿冤规定袁特长隧道的室外消火栓系统设计流量不小于30 L/s袁火灾延续时间不应小于 3 h袁室内消火栓系统设计流量不应小于 20 L/s袁火灾延续时间不应小于 3 h曰L跃3 000 m 的双向交通隧道尧L逸5 000 m 的单向交通隧道袁应在隧道内设置室外消火栓袁室外消火栓应设置在车行横通道或紧急停车带内遥 根据以上国家标准尧地方规范及手册的相关规定袁分别计算出消防水池的有效容积见表 3遥国家灭火系统消火栓自动喷淋灭火器日本跃1000 m跃3000 m全设美国跃90 m危险品运输跃240 m德国跃1050 m-跃350 m荷兰所有隧道不设置所有隧道表 3根据国内相关设计规范计算消防水量规范室内消火栓用水量/渊L/s冤室外消火栓用水量/渊L/s冤火灾延续时间消防用水量/m3叶公路隧道设计规范曳20-室内 4 h室外未明确288叶建筑设计防火规范曳20303 h540叶公路隧道设计手册曳20303 h540广西壮族自治区地方标准2530室内 4 h室外 3 h648叶公路隧道消防技术标准曳渊报批稿冤20303 h540桥隧工程其中袁叶公路隧道设计规范曳渊JTG D70/2-2014冤只提及室内消防用水量袁并未明确室外消火栓用水量的具体要求袁如室外消防用水量参照建筑设计防火规范曳执行袁按 30 L/s袁火灾延续时间按 3 h袁消防用水量将达到 612 m3曰叶建筑设计防火规范曳渊GB50016-2018冤仅对城市隧道的消防用水量进行了规定袁对公路隧道未提及曰叶公路隧道设计手册曳中虽对室外消防用水量有规定袁 但并不属于国家标准或规范曰广西壮族自治区地方标准及叶公路隧道消防技术标准曳渊报批稿冤仅作参考遥公路隧道一般离城市较远袁火灾初期是隧道内通行车辆的司机和乘客先发现火灾袁进而由隧道管理人员组成的兼职消防队使用室内消火栓灭火袁如火势还未得到控制袁城市专业消防队到现场袁此时一般采用室内消火栓和消防车近距离灭火遥 经过对东南沿海现有的特长隧道进行现状调查发现袁现有特长隧道高位消防水池有效容积基本为500 m3袁 我国目前最长的双洞高速公路隧道秦岭终南山隧道全长 18.02 km袁其高位消防水池的容积也为 500 m3袁均未按叶建筑设计防火规范曳储存室外消火栓用水量袁主要原因就是在特长隧道内袁消防车基本是就近从室内消火栓上取水袁在实际工程中考虑工程造价袁将特长隧道的消防水池容积设计为 500 m3遥日本和美国在特长隧道内均设置了自动喷水灭火系统袁可见其对特长隧道火灾的重视遥 考虑到44福建交通科技圆园23 年第 5 期图 1常高压消防给水系统图 2临时高压消防给水系统表 4常高压消防给水系统与临时高压消防给水系统比较消防给水系统常高压消防给水系统临时高压消防给水系统系统对比施工条件高位消防水池位于隧道口山坡上袁施工条件比较恶劣袁 需先修建施工便道袁才能进行材料运输袁无法使用大型施工器械袁多采用人工现场操作系统无高位消防水池袁泵房多设置在隧道口的场地内袁施工便利临时高压消防给水系统的施工条件优于常高压系统建设费用因高位水池施工条件差袁 施工难度大袁水池建设增加了人工费用尧 征地费用尧材料运输费用尧 施工便道修建费用等袁但节省了泵房建设费用增加了泵房的建设费用袁节约了水池建设相关费用两种系统的建设费用相差不太大系统可靠性优点是系统内保持了灭火所需的水量和水压袁 缺点是系统内的压力较大袁容易发生漏水现象平时采用稳压泵或气压给水设备等保持压力袁消防时需要启动消防泵袁系统内的设备较多袁设备发生故障的概率增加常高压系统明显优于临时高压系统运行管理常高压系统简单袁运行无需动力袁运行费用少袁管理简单水泵房需要专人看管袁系统内设备较多袁 损坏后需要维修的概率大袁运行管理费用高临时高压系统运行管理费用高于常高压系统特长隧道的火灾危险性较高袁后果严重袁因此特长隧道的消防水池有效容积应综合叶公路隧道设计规范曳和叶建筑设计防火规范曳袁不小于 612 m3遥 为方便消防车取水袁可在洞内一定距离处设置室外消火栓遥4.2消火栓给水系统选择按消防给水的压力袁 消火栓给水系统分为常高压消防给水系统渊图 1冤和临时高压给水系统渊图 2冤遥常高压给水系统一般在隧道洞口的山坡上设置高位消防水池袁由高位消防水池向系统供水袁管网内经常保持满足灭火时所需的水量和水压袁 我国高速公路隧道消防供水系统大多采用常高压给水系统咱5暂遥临时高压系统是在泵房设置消防水泵袁平时工况下袁系统内的压力由稳压泵或气压给水设备等增压设施保证袁发生火灾时启动消防水泵袁使系统内的流量和压力满足灭火时的要求遥由表 4 可知袁常高压消防给水系统虽然建设施工条件存在一定困难袁但是在系统可靠性尧运行管理方面袁明显优于临时高压系统袁因此特长隧道的水消防系统宜采用常高压系统遥45FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期桥隧工程4.3消防水池高程设计及系统超压时减压措施高位消防水池高程可按下式计算院H=渊1.05耀1.10冤渊H0+Hxh+hz冤H 为消防水池的最低水位标高渊m冤曰H0为最不利消火栓的标高渊m冤曰Hxh为最不利点消火栓栓口的最低水压 渊MPa冤曰hz为消防给水管网在最不利点流量分配情况下袁从消防水池到最不利消火栓间的沿程和局部水头损失的累计值渊MPa冤曰1.05耀1.10 为安全系数遥由于特长隧道长度长袁最不利点的选取可能有多个院如果隧道内的坡度方向是一定的袁隧道内最高点接近隧道口第 1 个消火栓的标高可作为最不利点曰距离消防水池最远的消火栓也可作为最不利点曰也有隧道内是人字坡的情况袁最不利点也可能是隧道内的变坡点袁计算时应根据实际将几种情况进行分别计算袁然后取最大值作为消防水池的最低水位标高遥公路特长隧道内标高高差大时袁系统往往会超压袁应进行计算袁以免因管道超压引起漏水尧爆管等情况发生遥 当消火栓栓口处静压大于 1.0 MPa 时袁消防给水系统应分区供水或减压袁可在左右洞内各设置减压阀组袁阀后压力设置为 0.4 MPa袁降静压的同时袁也降低了系统的动压曰当消火栓栓口处的出水压力大于 0.5 MPa 时袁应设置减压孔板或采用减压稳压消火栓遥4.4室外消火栓和水泵接合器的设置根据 叶公路隧道设计规范第二册 交通工程与附属设施曳和叶建筑设计防火规范曳袁隧道出入口处应设计消防水泵接合器和室外消火栓袁分别用于当系统水量或水压不足时为室内消防管网提供灭火用水和室外消防车取水后进行灭火遥 为便于消防车取水袁在特长隧道内一定距离处可增设室外消火栓遥5结语公路特长隧道火灾危险性更高尧火灾后果更严重袁本研究参考国外的水消防系统设计情况尧结合现有工程实例袁分析后提出特长隧道高位消防水池容积应综合考虑室内外消防用水量尧消火栓给水系统宜优先选择常高压给水系统尧消防水池高程设计时应将多个最不利点进行试算后取最大值尧系统超压时应采取减压措施尧在隧道内一定距离处可增设室外消火栓等设计思路袁为进一步完善公路隧道消防设计提供参考遥参考文献1赵永晖援谈公路隧道消防给水设计J援山西建筑袁2017袁43渊3冤院120-121.2廖朝华袁郭小红.公路隧道设计手册S.北京院人民交通出版社袁2012.3中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施院JTGD70/2要2014S援北京院人民交通出版社袁2014援4中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑设计防火规范院GB 50016要2014S.北京院中国计划出版社袁2014.5彭怡袁徐大伟.公路隧道消防给水系统中常高压系统与临时高压系统对比分析J.2022袁48渊1冤院111-117.46