浅谈高速公路长隧道消防系统的设计

倪卓敏

【摘 要】本文结合工程实例，主要介绍了造成长隧道火灾的起因，消防方案选择，消防设计原则，几种主要消防设施简介以及光纤感温系统在消防中的作用。

【关键词】高速公路隧道；防火灭火；消防设计；光纤感温系统

1.引言

随着改革开放的深入，我国经济建设和社会发展取得了巨大的成就，高速公路建设事业也取得蓬勃发展。长隧道的规模和数量日益增多，加上现代化交通系统的迅速发展，严重增加了隧道火灾的危险性。如果发生火灾，扑救非常困难，往往造成严重的财产损失甚至人员伤亡。所以在隧道设计的时候，应该坚持以"预防为主，防消结合"的方针政策， 采取有效的防火以及灭火措施，设计高有效的消防系统，这才是关键所在。

2.火灾的种类及特点

隧道可能发生的火灾类别大概有4种。第一类是指列车装载的可燃固体燃烧；第二类是指列车装载的可燃液体或列车的油箱燃烧的火灾；第三类是指列车转载的可燃烧气体导致的火灾；第四类为带电物体燃烧导致的火灾。

由于受隧道空间的限制，发生火灾后火焰和烟雾无法向上扩散，迫使其往纵向扩散，以至于很快充满隧道。这就给人员疏散和灭火造成非常大的困难。

3. 防火与灭火措施

3.1 防火措施

根据隧道火灾的原因，在消费设计中通常采取以下6种措施：

（1） 在隧道进口设立管理站，严格加强交通安全和消防管理；

（2） 限时限速，限制易燃易爆品和其他危险品载入隧道；

（3） 各种电气线路必须配有保护套，另外电缆采用阻燃电缆；

（4） 长隧道内要多设电视监控系统，每隔一段要设立事故报警按纽， 还有安全通道、应急灯以及通风机等；

（5） 选用抗高温、耐潮湿的防火涂料；

（6） 所有灯具、电话箱、灭火设备箱体均要求用非燃烧材料制作。

3.2 灭火措施

根据隧道以及火宅等特别，起火原因等，灭火措施常用形式一般包括消防栓灭火系统、泡沫灭火系统、水成膜泡沫灭火系统3个系统

3.2.1 消火栓灭火消防系统

消防栓灭火系统非常有限，对以下起火不起作用：1、闪点≤28°C）的易燃液体，2、闪点≥28℃的易燃液体，3、闪点≥60℃的易燃液体。这时候不仅起不到作用，相反有时会助长火势蔓延。

3.2.2 空气泡沫灭火消防系统

该系统利用其产生的泡沫层对易燃、可燃液体完全覆盖，因此具有一定灭火作用，但这种方法对油罐车倾覆后流散出来的易燃液体达不到完全覆盖， 因而也起不到彻底地灭火效果。

3.2.3 水成膜泡沫灭火消防系统

目前我国大多数采用水成膜泡沫灭火消防系统。这种方法有AFFF和AFFF/ATC两种类型泡沫剂。它不仅具有一般泡沫灭火剂的作用，还可以在燃烧物的表面形成水膜，隔离空气。很快就可以成为一个隔热屏障，吸收热量，释放出蒸汽，从而稀释燃烧物面上的空气含氧量，达到降低温度，阻止燃烧，从而灭火。

另外，水成膜泡沫灭火剂在发泡的时候所需的能量很少，泡沫流动性能也很好，并且具有自封能力强，灭火速度快等高效的特点。同时该法已为欧美各国隧道消防中广泛使用，也成为国内隧道最主要、有效的灭火系统。

4. 消防设计原则

列车车辆所用的材料要做到不可燃，还需设置一定的消防设施，具体设计原则如下：

（1）必须 “以防为主，防、消结合”，加强对进隧道车辆的安全检查措施，严格杜绝把火灾隐患带入隧道中；

（2）对列车输送人、货货物，要把旅客列车、油罐车当成消防重点；

（3）水源、泵房、水池要单独设置，长隧道内应该每隔50米设置消防栓箱和水成膜泡沫灭火系统；

（4）消防系统应该采用水成膜泡沫灭火系统，消防用水量最好按照同一时间内发生一次火灾来考虑；

（5）用水量：洞内按2个消火栓（4支水枪），每支水枪出水量5L/s计；洞外消火栓按10L/s计。

（6）火灾延续时间按4-6小时考虑；

以作者所在的乐昌至广州高速公路项目为例，乐广高速坪石至樟市段全长约160km，共19座隧道需进行消防设计，其中隧道长度500m以下的隧道7座，隧道长度大于500共12座，其中大瑶山一号隧道及长基岭隧道长度大于3000m。隧道内的火灾主要以汽车交通事故或汽车燃烧引起火灾为主，火灾类型有A、B、C类与金属火灾，其中主要以B类火灾为主，隧道消防系统根据此特点进行设计。根据《公路隧道交通工程设计规范》以及现行的《建筑设计防火规范》，并根据隧道长度及交通量的大小确定隧道消防系统的设计规模。

跌马桥隧道、天顶隧道等6座隧道长度较短，每座隧道内消防设施均仅需配置化学灭火器系统即可。灭火器洞室设置间距为50m，隧道行车方向右侧布置；每个灭火器洞室内放置手提式磷酸铵干粉灭火器（MF/ABC6）7具。

大瑶山一号隧道、长基岭隧道等12座长隧道设置水消防灭火系统。其中消防栓洞室与灭火器洞室同设一处，隧道行车方向右侧布置，设计间距50m。每处洞室设MF/ABC8型干粉灭火器3具，SN65单头双栓减压稳压消火栓一个，25m水龙带两条，19mm开花直射水枪两个，SPMZ30型水成膜泡沫灭火系统一套，选用抗寒型泡沫液。

隧道消防设施配置表

5. 光纤感温在消防中的应用

5.1 光纤感温系统的特点

隧道中的火灾多数是开放性的，它带有浓烟，其热辐射率高达数兆瓦级，在几分钟内便可以形成大火。 通常一起火灾在8—10分钟完全形成。如果当有燃料泄漏时， 1-3分钟内便完全可以形成火灾。而很多“隧道火灾”实例的测试表明，在大约5分钟，火灾车辆的温度升至约200摄氏度。 在严重火灾发生的4分钟内，火灾上方的热空气层可以测试到温度每分钟上升50摄氏度左右。

隧道通风温度测试有很大影响。在纵向风大于2m/s时，火焰向上飘动，火灾点顶部的温度仅达到60摄氏度。不仅如此，在距火灾发生地20米远的位置，其顶部温度降到50摄氏度以下。因此，在高速气流时热幅射的升温梯度是一个非常好的报警相关标准。

为了确保火灾报警的可靠，火灾探测系统要能够记录开放式火灾的辐射区域。另外由于表面热幅射所传递的温度要比热气体对流所传递的要快很多，所以火灾探测系统应能够迅速探测温度这个变化。最新的光纤感温探测系统就提供了几乎完美的探测性能。下面对其简单介绍。

经过物理实验知道：温度、压力和张力会影响玻璃纤维。并且能够改变光纤中的光线传导特性，从而使光线在传导中会发生散射，并且会在石英玻璃纤维中发生衰减，故产生外部物理影响的具体位置就能够被确定，因此光纤就能够作为一种线性的传感器。

光纤感温探测系统是一种利用光纤作为感温探测器的高端新技术，基本原理在于利用光纤中石英分子键受温度变高而产生的一类振动。而这种振动会导致在光纤中传导的光产生散射，根据散射量的大小可以计算出温度的变化。光纤感温探测系统就是将环境温度这种变化以连续的线性方式显示出来。光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过OTDK、OFDR（光时域及光频域反射测量法）及连续FFT（快速傅立叶变换）对讯息进行外理，将微小的时空差别以频率方式体现出来实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。

5.2 光纤感温探测系统在隧道中的使用

仍以乐广高速公路为例，采用分布式光纤感温探测系统，主要包括：光纤测温主机、探测光纤和光纤接线盒、火灾报警控制器、手动报警按钮、监视模块等。

（1）光纤测温主机

依据后向拉曼（Raman） 散射效应，光纤测温主机通过连接的探测光纤组成了一个智能的火灾探测系统，对报警区域长度及报警点进行整体编程。根据不同的实际应用，不同的报警点既可以为定温报警，也可以为差温报警。报警点及区域长度可调整到符合实际状况。设置于隧道口变电所的监控系统机柜中。

（2）手动报警按钮

手动报警按钮用于现场人员发现火警后向火灾报警控制器发送报警信号，当人工确认发生火灾后，按下此钮，即可向火灾报警控制主机发送报警信号，控制主机接受到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置并发出警报。每50m设置于隧道内消火栓旁，安装在隧道壁1.5m高处，便于使用及维修。

（3）火灾报警控制主机

火灾报警控制主机接收来探测器和手动火灾报警按钮的信号，并通过标准通信端口及光端机将信号传送到隧道管理站或监控（分）中心计算机系统，同时火灾报警主机通过连接就近本地控制器进行数据的冗余传输。设置于隧道口变电所的监控系统机柜中。

（4）探测光纤

探测光纤沿隧道纵向拱顶安装，光纤传感器安装在隧道的拱顶居中位置，光纤外套上标明长度的标识，以便与隧道的长度对照。光纤采用强度高的线夹和支架进行固定。

（5）实施方案

当检测到火灾信号，火灾报警主机发生报警并将信号传送至隧道现场管理站，由隧道现场管理站计算机系统接收，并由交通控制计算机进行信息管理并报警。

火灾报警控制器可收集隧道内手动报警按钮、光纤感温主机反馈的报警信息和工作状态，并上传到监控中心火灾报警工作站。

火灾报警控制器应有事件记忆功能，并具有时间设定、自动登记与显示、复位、探测器巡检和控制器测试等键盘操作功能，并能外接便携机进行系统测试、维修及打印。

参考文献：

[1]铁路工程设计防火规范（BT10063-2007）[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[2]张德军.浅谈铁路长隧道消防系统设计[j].甘肃科技纵横，2006，（35）