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隧道消防系统的研究

摘要：近年来，我国公路和城市交通隧道里程延长较快，给隧道的消防安全带来挑战。从近年国内外隧道发生的多起火灾看，消防人员对隧道内所产生的火灾大多束手无策，只能采用两端封堵，任可燃物烧完，氧气耗尽，然后收拾残局，造成的损失极大，严重危害了人民生命财产。尤其对于水下隧道，一旦其结构被破坏，就很难修复。纵观历次隧道内火灾情况可知，隧道内一旦发生火灾，约在5min内温度即可达到1200oC，使消防员根本无法接近火场，目前尚未见有成功扑救隧道内大型火灾的例子。国内外交通隧道事故造成的危害引起了各国对隧道消防安全问题的高度重视，并先后组织力量进行了大量基础性研究，取得了一定成果。这引起了世界各国消防部门对隧道火灾的重视。
关键词：隧道，消防系统
1 公路隧道发生火灾的主要原因
一般隧道火灾事故的发生频率随隧道长度和交通量增加，对于公路隧道，事故频率最高的多为单洞双向交通或无硬路肩、检修道狭窄的隧道。根据国外统计，隧道内火灾频率为10~17次/亿车•km，平均频率为13.5次/亿车•km。根据瑞士对从1974年至今的800多起公路隧道交通事故所做的分析研究，其中90%的事故是由人为误操作造成，10%是由其他原因造成[1,2]。
1.1 车辆电气短路
如：车辆电气线路短路、汽化器失灵、载重汽车气动系统故障等引发火灾。
1.2 发生塌方、车辆碰撞、挂擦等意外事故
隧道内道路狭小，能见度较差、情况又较复杂，容易发生车辆相撞事故，车辆驾驶员的违规操作，也可引发隧道火灾。
1.3 车辆装载的货物发生自燃
隧道内通行的车辆所载货物可能有易燃易爆物品，由于自燃物品有遇空气自燃性，遇湿易燃易爆性，积热自燃性等危险特性，遇明火(或热源)可发生燃烧或自燃。
隧道火灾的常发性及危险性也迫使各国对隧道火灾的特点及隧道火灾的预防与救援进行了较系统的研究。
2 隧道火灾的主要特点
隧道建筑结构复杂，环境相对密闭，在封闭空间内热量不易消散。火灾时温度较高，对于通行载重汽车或油罐槽车等的公路隧道，火灾温度常达1000oC以上。火灾扑救相当困难往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。对于水下隧道，还有因结构被破坏而导致隧道修复困难的可能。因此各国对交通隧道和地下铁道的消防安全都十分重视。
隧道火灾危险性大，一些隧道工程中，消防器材匾乏，无消防自动灭火系统，一旦发生火灾，不仅会使交通发生堵塞，往往给扑救工作带来很大困难。一般公路隧道都具有如后文所述的火灾特点。
2.1 消防扑救难度大
隧道为封闭的狭长空间，发生火灾后烟气大且不易散发，火势集中温度高，辐射热强，很容易发生连环爆炸，火势发展迅猛，烟雾笼罩，能见度差，温度过高，烟雾弥漫，消防人员不易接近起火部位，灭火范围受到限制，给消防扑救带来巨大的困难。
2.2 火灾发展蔓延快
在隧道内行驶的车辆携带有一定数量的燃料，起火后会猛烈燃烧，以致发生爆炸，同时载重汽车可能装有大量可燃货物，也会加大燃烧的猛烈程度，同时车辆在行驶时产生的气流，也给火势蔓延提供了条件。
2.3 人员、车辆的疏散工作十分困难
由于发生火灾时，造成交通堵塞，进退两难，且燃烧产生的有毒性的烟雾，浓度大，对受害人造成致命的第二次“打击”，对工作人员、消防人员的抢险救援、疏散工作带来负面效应。隧道内发生火灾时，烟雾和火焰立即向二个洞口方向蔓延，当隧道有一定长度时，人员往往来不及逃离洞口，就被烟气熏倒，易造成人员伤亡和重大的经济损失。不少隧道火灾造成人员重大伤亡就足以说明安全疏散的难度。
2.4 造成重大经济损失
火灾造成车辆、货物、人员伤亡、隧道坍塌、隧道内设施损坏等直接经济损失的同时，还造成交通中断带来的间接损失。对于水下隧道而言，一旦火灾将结构破坏，其修复的可能性很小，损失严重。
2.5 隧道内逃生条件和烟热排出口有限
使得隧道火灾燃烧后周围温度升高极快，一旦错过了初期的灭火阶段，大多只能采用两头封堵，减少空气进入，任可燃物烧光的措施来应付。
3 消防方案的风险水平评价
3.1 消防系统功用
隧道消防系统的功用是用于扑灭隧道初期火灾，降低隧道内的温度，保护隧道结构，有利于人员的逃生。
3.2 消防系统方式
纵观世界公路隧道，基本的消防方式有：
(1) 消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉
(2) 消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉+自动水喷淋系统
(3) 消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉+自动水喷雾系统
(4) 消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉+自动泡沫-喷雾联用系统
(5) 消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉+自动泡沫-喷淋联用系统
毋庸置疑，所有的公路隧道都装有消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉，所不同的是最近的公路隧道开始装备自动喷水系统。
3.3 隧道整体风险源、事故及风险量
文中分析各种影响事故严重性因素，如火灾事故、消防系统故障、操作故障和人为因素。
3.3.1 隧道火灾事故及频率
根据有关资料统计，隧道中的火灾通常与隧道中的车辆有关，其发生的原因己做过分析。
3.3.2 操控故障
依循以往经验，隧道消防系统操控部分是由局域网(LAN)的可编程控制器(PLC)和综合控制通讯系统(ICCS)组成。事实上操控系统应具备有后备供应能力，包括双重可编程逻辑组件(DPLC)的规格说明，提供双线路的局域网及为连接ICCS和PLC预备的冗余能力。假定所有的硬件都得到充分的保护、具有常规系统故障调查分析的软件、进行定期例行测试，那硬件出现故障的机会可以减至很低。
另一方面，为了方便保养工作，软件的保养维护可以在ICCS或DPLC的水平进行。如有疏忽的话，错误的讯号可直接能传送到ICCS。
考虑到严谨程度和软件管理优势，操作故障机会率可设定为1%。
3.3.3人为因素
隧道控制中心出现人为错误的机率为1%。
4 结论
针对隧道的消防设计，先进的欧美国家也还在不断的试验摸索，对我们来说更是任重而道远。本文分析了隧道发生火灾的主要原因，归纳了隧道火灾的主要特点，并对消防方案的风险水平进行了评估。
参考文献：
[l] 沈恭.《隧道工程》.上海科学技术出版社.1999年
[2] 李宁军曹文贵刘生.《隧道设计与施工百问》.人民交通出版社..2006年

-全文完-