地铁长大过海区间消火栓系统设计方案研究

乔 国 亮

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

地铁长大过海区间隧道具有埋深大，距离长，疏散难度大等特点，一旦区间隧道内出现火灾，极易造成重大财产损失及人员伤亡事故。国内外地铁长大过海区间消火栓系统方案尚无标准及实际应用案例，现行《消防给水及消火栓系统设计规范》(以下简称《消规》)及《地铁设计防火标准》仅对地铁区间室内消火栓系统设计流量及火灾延续时间做出要求，但对地铁长大过海区间消火栓系统如何分区，采用几套消防设施等设计方案均未明确规定，为此本文以青岛地铁某在建过海区间为例，通过方案比选，对地铁长大过海区间隧道消火栓系统方案进行初步探讨，提出管道及消火栓超压处理措施，为后续同类工程方案设计提供参考。

1 工程概况

青岛地铁8号线大洋站—青岛北站区间为过海区间隧道，起自红岛高新区大洋站，接入李沧区青岛北站，线路全长约7.9 km，其中海域段长约6.4 km，陆域段长约1.5 km，区间最深处约70 m。大青区间隧道采用暗挖加TBM盾构法设计，共设置区间风井3座。大青区间断面示意图如图1所示。

2 地铁长大过海区间消火栓系统特点

地铁长大过海区间隧道较普通地铁区间距离长、高差大，运营期发生火灾扑救难度大，设计并实施一套合理的消火栓系统，对长大过海区间的运营安全尤为重要。长大过海区间消火栓系统特点及设计重难点如下：

1)需解决消防系统超压问题。

消防泵房设置在地面埋深10 m之内，过海区间最深处约70 m，若消防系统设计不合理，会提高管网压力承压级别，增大漏水及爆管风险。因此需要保证栓口压力满足要求的前提下，将消防系统的压力保持在合理区间内。

2)需与火灾报警系统专业做好接口设计。

地铁区间火灾主要依靠专业消防人员进行灭火救援，火灾发生地点确认主要通过火灾报警系统专业实现。地铁长大过海区间两侧车站隔海而设，一般分属两个行政区，距离较远，消火栓方案设计时需与火灾报警系统专业做好接口设计，火灾时将消防报警信号接至相邻车站，开启消防泵，同时精准定位火灾位置，方便消防员进行灭火救援。

3 地铁长大过海区间消火栓系统方案分析

3.1 临时高压系统方案

3.1.1方案一

目前在地铁消防给水系统中应用较为广泛的是临时高压给水系统，车站和区间共用一套消火栓系统管网，管网经消防泵组增压后，从两侧地下车站的上行线及下行线各引出一根消防给水管道接至区间，车站与区间形成环状管网供水。8号线地铁长大过海区间断面大致呈V型，参照胶州湾隧道消火栓系统设计经验，过海区间消火栓系统可采用以最低点为界，分别与相邻车站共用消防水源及消防泵组，管道在最低点处进行连通，并在1号风井及2号风井处设置连通管，由两端车站分别负责半个相邻跨海区间，具体如图2所示：大洋站—海底泵站区域由大洋站消防泵组供水，为临时高压A区。海底泵站—青岛北站由青岛北站消防泵组供水，为临时高压B区。

3.1.2对比方案

《地铁设计规范》及《地铁设计防火标准》要求，一条线路、一座换乘车站及其相邻区间的防火设计可按同一时间发生一处火灾考虑，说明车站与区间发生火灾原则上具备互斥性。因此过海区间消火栓系统可独立设置消防泵组及管网系统，消防分区图随之调整如图3所示：大洋站(不含)—海底泵站区域由大洋站区间专用消防泵组供水，为临时高压A区，海底泵站至青岛北站(不含)区域由青岛北站区间专用消防泵组供水，为临时高压B区。

3.2 局部应用重力常高压系统方案

3.2.1方案一

根据《地铁设计防火标准》第5.4.5条条文解释说明，区间风井是一个比较安全的区域，当二列车同时存在同一段地下区间内，并需要设置中间风井时，在井内设置疏散楼梯直到地面，不仅有利于人员疏散，而且有利于灭火救援。由此可见当海底段发生火灾时，人员疏散和火灾救援主要都通过路域段风井来实施。过海区间风井设备层埋深一般较大，可以利用风井自然高差设置高位消防水池，并根据需要设置消防取水口和水泵结合器，为消防人员灭火救援提供有利条件。

例如本过海区间1号风井建筑设计方案为暗挖两层，仅有风井及疏散楼梯通往地面，区间消防给水系统可以利用自然高差，将海域段设计为局部应用重力常高压消火栓系统，通过设置高位消防水池，实现对1号风井至海底段消防供水。1号风井高位消防水池布置示意图如图4所示。

由图4可知，如果在1号风井顶部设置高位消防水池，假设水池底绝对标高为8 m，即水池底距1号风井最不利点消火栓自然高差为36.3 m，减去管道水头损失后，可满足区间消火栓栓口动压不应小于0.25 MPa要求。同理，2号风井至海底泵站段也可做成一个常高压消防分区，最终过海区间形成的消防分区如图5所示：大洋站—1号风井、2号风井—青岛北站为临时高压区，1号风井至海底泵站、海底泵站—2号风井为重力常高压区。重力常高压区域无需设置消防加压系统，临时高压区域由相邻车站消防加压设备进行供水。

3.2.2方案二

局部重力常高压系统方案也可根据临时高压系统方案二进行调整，方案调整后如图6所示：车站与区间均独立设置消防供水系统，重力常高压B区及C区采用高压消防水池进行供水，区间临时高压A区与D区采用专用消防泵组及管网系统进行加压，原因不再赘述。

3.3 方案比选

从表1可知，局部应用重力常高压系统压力分区较为合理，但是增加高位消防水池，会导致工程总投资增加，且陆域段消防系统仍需设置临时高压系统，整个区间消防系统设计方案较复杂，应用存在局限性。临时高压系统投资合理，系统模式简单，应用覆盖面广，也可满足消防规范要求，经技术经济比较后，地铁长大过海区间消火栓系统设计方案推荐采用临时高压系统。

表1 临时高压系统与局部应用重力常高压系统方案对比表

临时高压系统方案一与方案二可共用消防水源，方案对比详见表2。

表2 独立设置区间消防系统与车站合用消防系统方案对比表

从表2可知，独立设置区间消防系统有利于区间管网压力设计，但会增加一定投资。实际工程当中过海区间是否独立设置区间消防系统需要结合车站建筑方案，业主及运营单位相关要求，通过综合比较后确定。8号线过海区间采用与车站合用临时高压消防系统。

3.4 超压处理措施分析

《消规》中明确指出：1)消火栓栓口动压不应大于0.5 MPa；当大于0.70 MPa时必须设置减压措施。2)消火栓栓口处静压大于1.0 MPa时，消防给水系统应分区供水。8号线地铁长大过海区间最深处约70 m，采用临时高压系统需考虑动压及静压超压处理措施。实际工程中常采用压力级别较高的管道及管件作为应对方案，但是未实现真正意义上的减压，下面就其他超压处理技术措施进行介绍。

3.4.1动压超压处理措施

消火栓系统中常见的动压超压措施有以下几种：

1)采用减压稳压消火栓。

减压稳压消火栓是在常规消火栓中增设节流装置，一般通过减压孔板进行节流，实现消火栓栓口出水压力稳定。

2)减小消防供水管道管径。

区间消防设计流量恒定，供水管网设计时可通过减小消防供水管道管径，增加管道沿程阻力损失，达到减少区间下游消防管道压力值的目的。

3)减压阀减压。

减压阀可同时处理动压及静压超压问题。减压阀减动压的基本原理是依靠阀内流道产生对流体介质的局部阻力，以降低流体压力。区间消火栓系统管道可通过减压阀进行减动压，管道系统设计时需要注意减压阀使用条件，在减压阀前后均设置环管，满足消防供水要求。

3.4.2静高压处理措施

1)减压阀方案。

消火栓系统中可利用减压阀处理静压超压问题，主要是利用水力平衡原理使减压阀处于关闭状态，隔断管道上下游联系，使下游管道压力控制在一个稳定值，从而解决管道静压超压问题。减压阀处理静高压过程中，管道中水流并未出现能量损失。

2)手电两用电动蝶阀锁闭方案。

在过海区间消防管道静压较大处设置手电两用电动蝶阀，阀门前后均设置压力开关及压力表，平时进行物理锁闭，待阀后压力小于设定值时，压力开关动作，将信号反馈至控制室，由运营人员现场手动缓慢开启阀门，待压力回升至管道压力设定值时，关闭阀门，以减少静高压对下游管道的影响。火灾时，由火灾报警系统联动电动蝶阀全部打开，满足消防供水要求。

3.4.3超压处理措施选择及区间消火栓系统方案介绍

《消规》规定：消防给水所采用的减压阀性能应安全可靠，并应满足消防给水要求。根据国内项目运营经验，减压阀是消防系统中发生故障频率较高的组件，常因阀内杂质堵塞等问题而失效，致使减压阀后管道水流不畅或超压，增加了消防安全隐患。另外，减压阀因本身结构特点，不宜长期作为断开阀使用，断开阀仍建议采用闸阀、蝶阀等传统阀门。

出于对地铁长大区间消防系统运营安全性、可靠性等因素考虑，过海区间消火栓系统超压处理措施采用减压稳压消火栓及手电两用电动蝶阀锁闭方案。8号线地铁长大区间消火栓系统设计方案如图7所示。

4 结语

1)区间消火栓系统采用临时高压系统，并以海底泵站为界，设置左右两个独立的消防供水分区。区间消火栓系统是否独立设置消防泵组应通过综合比较确定。2)区间栓口压力超过0.5 MPa区域，采用减压稳压消火栓，稳定栓口出水压力。3)静压较大处采用手电两用电动蝶阀锁闭方案，利用压力开关反馈管道压力信号，平时常闭，火灾时由火灾报警系统联动电动蝶阀全部打开。4)需与火灾报警系统专业做好接口设计，确保实现过海区间消防系统设计功能。地铁长大过海区间消火栓系统采用上述设计方案，可满足消防供水及灭火需求，使地铁项目运营更加安全可靠。