特长公路隧道消防给水系统设计探讨

彭锦志

（长沙科锐消防工程技术有限公司，湖南 长沙 410004）

特长公路隧道消防给水系统设计探讨

彭锦志

（长沙科锐消防工程技术有限公司，湖南 长沙 410004）

随着特长公路隧道数量逐步增长，火灾事故频频发生。为减少火灾损失，有必要加强消防设施建设力度。消防给水系统是隧道消防系统的重要组成部分。本文在同类隧道设计经验基础上，分析总结了特长公路隧道消防给水系统各组成要素及系统配置方案，以期为日后类似消防给水系统设计提供参考和借鉴。

特长公路隧道；消防给水系统；设计问题；系统配置方案

近年来，我国公路隧道建设取得了显著成绩，截至2015年底，全国公路隧道为14006处、1268.39万米，增加1602处、192.72万米。其中，特长隧道744处、329.98万米，长隧道3138处、537.68万米。公路隧道每年净增里程1000km以上，我国已成为世界上公路隧道最多、发展最快的国家。但与此同时，隧道火灾事故时有发生，自2005～2015年，共发生公路隧道火灾30余起，造成了重大人员伤亡和财产损失，这表明我国公路隧道消防安全面临着巨大压力和挑战。如何合理设计和运用消防给水系统是公路隧道火灾防控一个重要课题，尤其对于特长公路隧道，对消防给水系统设计进行深入探讨提升火灾防控水平，对保证人员生命及财产安全具有重要意义。

1 特长公路隧道消防设计存在的问题

公路隧道通行车辆类别多，其中不乏装载危险化学品的油罐车、槽车，对于特长公路隧道，在其特有的狭长有限空间内，一旦发生意外事故，极易演变为火灾，危险性大，若无合理的消防设计保驾护航，后果将是灾难性的。而我国目前公路隧道消防设计还存在如下主要问题。

（1）公路隧道消防设计与一般建筑消防设计有很大差别，我国还没有针对性的、完善的公路隧道消防技术国家规范。目前公路隧道消防设计主要参照《公路隧道设计规范（第二册）》（JTGD70/2-2014）、《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）、《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）等规范进行。其中公路工程行业标准《公路隧道设计规范（第二册）》（JTGD70/2-2014）涉及到公路隧道消防设计的章节较简略，对于公路隧道消防技术的规定不够完善；《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）和《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）只对城市交通隧道消防设计作了规定，该类隧道由于处于城市内或城市附近，一般采用市政管网供水，与其它公路隧道差别较大。（2）我国在隧道消防系统的运营管理尚不完善，而公路特长隧道一般所在地区偏远、作业环境艰苦，增大了消防系统即时监控、日常维护保养和检修等的难度。（3）特长公路隧道所处的地理条件往往大相径庭，是否方便取水、水源是否稳定、现场是否具备合适的救援场地等都是设计面临的难题。

2 消防水源及供水设施探讨

2.1 水源

消防水源确定是消防水系统设计中的重要环节，由于公路隧道所处地理环境复杂，地势各异，水文条件千差万别，一般可用水源有如下几类：（1）河（溪）流、湖泊：均属于地表水，便于取水，水质和水量不稳定，可靠性较差。（2）泉水、深井、隧道渗透水：均属于地下水，受季节和气候影响相对较小，水质及水量相对稳定。（3）雨水：在干旱或地下水难以采集的地区，对隧道主线和匝道敞开段雨水收集尤为重要。（4）废水：在干旱地区，水源宝贵，可收集隧道内的消防废水、冲洗废水及结构渗入水等废水进行净化。（5）市政给水：水质好，水量大，但有局限性，不能给偏远地区所用。

2.2 给水形式

消防给水形式通常可分为常高压、临时高压和低压。对于多数特长公路隧道，特别是山岭隧道，一般设置高位消防水池，存储不小于一次火灾用水量，并通过水池和隧道所在位置的高差提供供水压力，采用常高压给水系统；对于部分隧道水源充足、电源可靠，但无法达到常高压的要求，通过水泵向隧道消防管网供水，采用临时高压给水系统；低压给水系统可靠性较低，不建议在特长公路隧道内采用。

2.3 供水设备

对于公路隧道消防的供水设备主要包括消防水泵、消防水池、水泵接合器和气压给水设备等。

（1）消防水泵。消防水泵根据动力情况，可采用电动机或柴油机直接传动，当采用电动机驱动时，应选择干式安装方式；当采用柴油机消防水泵时，应采用压缩式点火型柴油机，同时，根据所处地理位置考虑海拔高度和环境温度的影响。消防水泵应设备用泵，其性能应与工作泵一致。消防水泵房应采取通风、排水及防水淹没等措施，对于冬季结冰地区应做好防冻措施，使环境温度不低于5℃。（2）高位消防水池和低位消防水池。对于一般的公路山岭隧道，多采用常高压给水系统，高位消防水池设置高山上，确保最不利消火栓的供水压力不小于0.3MPa，当栓口出水压力超过0.7MPa时水枪反作用力过大而不利于操作，应采取减压措施。消防水池须在48h内储满且蓄水量满足一次灭火需求，且应设置就地水位显示装置，并在监控中心或值班室等地点设置显示消防水池水位的装置，同时应有最高和最低报警水位，可通过水位高度来控制消防水泵启停。在条件允许的情况下，高位消防水池和低位消防水池的有效容积均不小于一次火灾灭火需水量，水池出水管应保证消防水池的有效容积能被全部利用。（3）水泵接合器。在隧道的出入口处设水泵接合器，以便当系统管网供水得不到保证时，可通过外界取水由消防车进行供给，提高系统可靠性。（4）气压给水设备。当采用临时高压给水系统时，需设置气压给水设备和稳压泵进行增压和调节水量。

2.4 供水管网

公路隧道消防给水应采用环状管网，对于单向双洞隧道相邻两洞的给水管网可布成一个环状，从高位水池或水泵房引出不少于两条进水管向环状管网供水，当其中一条发生故障时，其余进水管应能保证消防用水量和水压要求，消防干管在进入隧道前应设置过滤器，给水管道应采用阀门分成若干独立段，每段内消火栓的数量不宜超过5个。严寒和寒冷地区的消防给水管道及相关阀门配件应采取防冻措施。系统中采用的设备、器材、管材管件、阀门和配件等系统组件的产品工作压力等级应满足系统最大运行压力要求。

2.5 隧道排水

隧道排水主要排除隧道内的废水和雨水，废水泵房一般设置在隧道和工作井的最低处, 用以排除消防废水、结构渗漏水、冲洗废水等。雨水泵房设置在隧道洞口处, 用以排除雨天时截流的洞口衔接道路上的雨水。对于高、低位消防水池和隧道内的排水需有专门的引流设施或进行再利用。

3 消防水系统的选择探讨

公路隧道火灾类型多为A类和B类，灭火剂一般选用水或泡沫，水是最常用的灭火剂，主要作用是冷却。泡沫是扑救可燃易燃液体的有效灭火剂，主要是在液体表面生成凝聚泡沫漂浮层，起窒息和冷却作用。

3.1 系统种类

对于公路隧道，研究和应用较多水灭火设施的种类一般包括消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置、自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统及其泡沫联用系统、细水雾灭火系统等。（1）消火栓系统：使用较普遍，对水源要求较低，但需要专业人员进行操作。（2）固定式水成膜泡沫灭火装置：在公路隧道应用广泛，需与消火栓系统配合设置，水成膜泡沫灭火剂由于氟碳表面活性剂急剧降低了水溶液的表面张力，使油表面上形成一层水膜，以抑制燃料的蒸发，加速泡沫流动，以将火扑灭，需要人工操作。（3）水喷雾灭火系统及其泡沫联用系统：国内在水下隧道应用较多，由于水雾体积小，数量多，表面积大，直接喷至燃烧对象表面，可使流体表面乳化，具有灭火和防护冷却作用，但水雾会降低烟气层高度，影响人员疏散。而泡沫—水喷雾联用灭火系统可有效覆盖油面，隔绝空气并抑制油气蒸发，对扑灭A、B类火灾十分有效，但系统设备多，造价高，管路布置较复杂。（4）细水雾灭火系统：适用于A、B、C类火灾，对水质、水压要求较高，水雾粒径小，易受通风系统影响，在公路隧道火灾防控中应用较少，还处于研究和探讨阶段。（5）自动喷水灭火系统：在隧道火灾中会破坏烟气层的分层效应，不利于人员疏散。同时受高温作用，水滴易气化，形成高温蒸汽，对人体威胁较大，在隧道中应用较少。

3.2 特长公路隧道消防水灭火系统的选择

结合特长公路隧道实际情况，参照国内外相关实例及研究成果，特长公路隧道消防水灭火系统的配置方案如下：（1）消火栓系统+水成膜泡沫灭火装置。该配方案在公路隧道应用最为广泛，技术成熟可靠，能扑灭多种类型火灾，水成膜泡沫灭火装置与消火栓系统配合设置，只需一套给水系统，工程造价较低，但不具备自动灭火功能。（2）消火栓系统+水喷雾灭火系统+水成膜泡沫灭火装置。在上一配置方案基础上增设水喷雾灭火系统，具有自动灭火功能，水喷雾灭火系统独立设置，增加了工程造价，火灾初期由水喷雾灭火系统进行防控，可起到冷却控火作用。（3）消火栓系统+泡沫-水喷雾联用灭火系统。该方案在国内的水下隧道内应用较广泛，火灾发生时，泡沫-水喷雾联用灭火系统，先喷射低倍数泡沫灭火，再喷雾冷却，具有灭火、防护冷却作用。

4 某特长公路隧道消防给水系统设计

4.1 工程概况

某高速公路特长山岭隧道地表最大高程约1.1km，隧道最大埋深约550m，采用双洞单向两车道，两洞全长约6.5km，按同一时间发生一次火灾考虑。

4.2 消防水源及供水设施设计

该隧道处于属亚热带气候带，雨量充沛，地处山区，无法由市政管网供水，根据现场情况就近利用溪流的天然地表水作为消防水源，设置滚水坝进行收集，并储存于低位集水池内，同时设置高位消防水池，两水池的有效容量均大于一次火灾消防用水量，由低位集水池向高位消防水池进行补水。采用常高压给水系统，利用高位水池高差实现重力供水。

供水干管采用DN200的热镀锌无缝钢管，高位消防水池通过两根DN200消防干管直接向隧道内给水管网供水，隧道外采用焊接连接，隧道内采用卡箍沟槽式连接。水泵房设置在隧道洞口较高一端。水泵房内设两台消防水泵，一用一备，由高位消防水池水位自动控制，也可由现场及监控室远程控制。

4.3 消防给水系统设计

采用消火栓系统+水成膜泡沫灭火装置的配置方案，消火栓系统设计流量不小于30L/s，火灾延续时间4h，低位集水池和高位消防水池的有效容量均为500m3，在洞内采用双口双栓消火栓，消防设备洞室设置在行车方向右侧侧壁，布设间距为50m，洞室内配置双口双栓消火栓1套，DN65水带2条（25m），配备一套30L环保型水成膜泡沫灭火装置，泡沫液浓度为3%，喷射距离大于6m，喷射时间不小于22min，喷射软管不短于25m，配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器4具。在隧道紧急停车带处及两端洞口外设置地上式消火栓，在两端洞口外设水泵接合器。

5 结语

我国特长公路隧道消防给水系统设计还处于探索与发展阶段，相关设计也无相应的、强制的国家规范或设计细则为依据，使得设计随意性较大，本文从消防水源及供水设施、消防水系统的选择两方面进行了归纳阐述。

[1]中华人民共和国交通运输部综合规划司. 2015年交通运输行业发展统计公报，2016,5,6.

[2]钱经纬. 大广高速公路黄龙带隧道消防系统设计[J]. 给水排水, 2013, 39(3): 71-74.

[3]JTGD70/2-2014公路隧道设计规范[S]. 北京: 人民交通出版社，2014.

[4]GB 50016-2014建筑设计防火规范[S]. 北京：中国计划出版社，2015.

[5]杨涛. 宝塔山特长公路隧道消防系统设计[J]. 公路，2014, (5): 21～25.

[6]GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范[S]. 北京：中国计划出版社，2014.

U453

A

1671-0711（2016）12（下）-0147-03