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浅谈泡沫灭火系统在城市交通隧道消防设计中的应用

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王凯

[导读] 摘要：随着我国经济不断发展，交通隧道成为了城市建设必需品，为加强各地交通的联系贯通，城市交通隧道的数量越来越多，交通隧道建设的规模也在不断扩大，往往存在距离长、截面宽的特点，长、大隧道的消防安全设计与灭火系统的选择也随着该工程的建设不断被消防设计人员重视。

        包头市消防救援支队内蒙古包头 014040
        摘要：随着我国经济不断发展，交通隧道成为了城市建设必需品，为加强各地交通的联系贯通，城市交通隧道的数量越来越多，交通隧道建设的规模也在不断扩大，往往存在距离长、截面宽的特点，长、大隧道的消防安全设计与灭火系统的选择也随着该工程的建设不断被消防设计人员重视。本文针对内蒙古包头至集宁某城市交通隧道的消防灭火设施设计方案，分析泡沫灭火系统在城市交通隧道消防设计中的要点和思路，为类似工程提供参考借鉴。
        关键词：城市交通隧道；泡沫灭火系统；消火栓；水泵接合器；消防泵站
        近年来，我国的城市交通隧道规模不断扩大，随着各类规范的不断完善，泡沫灭火系统等消防灭火设施相关设计工作有了较为明确的标准与要求。本文将从实例着手，对内蒙古包头至集宁某城市交通隧道消防灭火设施设计方案展开讨论及分析。
        内蒙古包头至集宁某跨区城市交通隧道为东西走向，隧道为双线隧道，全长为8148m，为特大断面隧道。进口斜坡较平缓，自然坡度约5º左右，洞身穿越西沟（DK526+100、埋深80m）、南梁子沟（DK527+100、埋深40m）,在南营子村东南山坡出洞，自然坡度约15º左右，隧道最大埋深约130m。
        1隧道类别及设计依据
        在内蒙古地区，城市交通隧道普遍属于山岭野外隧道。城市交通隧道周围市政管网不完善，消防供配电能力不够充足稳定，需综合考虑灭火系统的供水可靠性和供电来源。基于此，对于城市隧道，主要依据《建筑设计防火规范》（GB50016）开展设计工作。其他相关规范：《公路隧道交通工程设计规范》（JTG T D71-2004）；《公路隧道设计规范》（JTG D70/2-2014）；《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）；《泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-2010）；《室外给水设计规范》（GB 50013）等作为参考。
        内蒙古包头至集宁某跨区城市交通隧道考虑仅限通行非危险化学品车辆，隧道封闭段长度L=8148m，为一类隧道。
        2设计内容及原则
        消防灭火设施主要包括隧道消防给水系统、消火栓系统、各类自动灭火系统、灭火器等，这里主要说明自动灭火系统中的低倍数固定式泡沫灭火系统要求的各项设计原则。具体内容如下：
        隧道给水设计首先保证供水安全，保证消防水量水压可靠稳定，当城市给水管网供水压力不能满足消防用水压力要求时，应设置消防泵房及消防水池。
        隧道内设独立的消防给水系统，消防用水量按火灾延续时间和隧道全线同一时间内发生一次火灾考虑且不小于3h。泡沫灭火系统的供水管网采用环状管网，该系统环状管网的输水干管及向环状管网输水的输水管均不应少于两条，当其中一条发生故障时，其余干管应仍能通过消防用水总量。
        隧道内壁上每隔不超过50m设一个泡沫消火栓箱，应保证任何部位都有两支水枪的充实水柱可以直接到达，水枪的充实水柱不应小于13m。消火栓栓口距离地面1.1m，其出水方向宜与设置消火栓的墙面成90°或垂直向下。消火栓出口静压超过0.50MPa时，应设置减压设施。
        在隧道的出入口处设置地下式消防水泵接合器和室外消火栓，其数量宜满足洞口消火栓用水量要求。
        泡沫灭火系统采用水成膜泡沫液，低倍数固定式泡沫灭火系统最不利点的供水压力不应小于0.35MPa，喷射时间不应小于22min。供水系统应贯彻综合利用、节约用水的原则。给水水源采用城市给水管网供水，不设置备用水源。
        3泡沫灭火系统方案设计
        3.1泡沫灭火系统水源可靠性分析
        首先分析隧道附近市政供水系统，以便根据水源水压及管网布设相关情况，确定隧道消防供水系统形式。若现状水源无法满足两路供水要求或水压不满足隧道内消防需求，应考虑配套建设消防水池及消防泵房以满足消防供水需求。
        内蒙古包头至集宁某跨区城市交通隧道距城市建城区较远，市政给水无法送达，需要设置消防水池、消防水泵及与系统相适应的稳压设施来实现有效的消防给水设计。
        3.2泡沫消火栓系统设计分析
        此处所指的消火栓系统为泡沫消火栓系统，是泡沫灭火系统的重要组成部分，与依靠水为灭火剂的消火栓系统一样，设计时首先应明确水量、水压需求，火灾延续时间按规范要求选取或适当延长。泡沫消火栓系统设置在交通隧道内，设计应符合室内消火栓系统的设计需求，消火栓设置于消火栓箱内，每个箱内配置一个单栓DN65消火栓，消火栓栓口距离检修道1.1m，其出水方向宜与设置消火栓的墙面成90°或垂直向下。配有标准消防接口可为消防车加水，配置标准型号的泡沫水枪一把，一盘长25m、直径65mm的水带，箱内需设启泵按钮及火灾报警按钮。
        3.3泡沫灭火系统的设计方案分析
        隧道内的部分区域采用了低倍数固定式泡沫喷淋灭火系统的设计，基于此项设计，做出如下的分析，根据现行国建标准《泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-2010）的规定泡沫灭火系统主要用于石油化工、煤化工等化工企业的储罐区，其灭火的主要机理为冷却、窒息及隔离可燃物，此项设计将泡沫灭火系统运用在城市交通隧道是合理的，隧道内部相对封闭很容易形成密闭空间，而燃烧在氧浓度低于14%-15%时便会终止燃烧，同时隧道内部车辆是主要的火灾荷载，我国车辆的主要能源还是汽油、柴油，泡沫灭火系统主要针对的火灾类型便是油品火灾，以上两方面可以充分发挥泡沫灭火系统的窒息及隔离可燃物的效能。
        泡沫灭火系统按发泡倍数分为低倍数泡沫灭火系统（发泡倍数小于20倍）、中倍数泡沫灭火系统（发泡倍数21倍-200倍）及高倍数泡沫灭火系统（发泡倍数大于201倍），中倍数及高倍数泡沫灭火系统可以实现全淹没，考虑到隧道体积运用全淹没的泡沫灭火无法实现，以及经济适用的原则，选择低倍数泡沫灭火系统较为合理。
        系统的选择上，选择泡沫水喷淋系统，根据《泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-2010）的规定，泡沫水喷淋系统可以运用到具有非水溶性液体泄露火灾危险的室内场所，城市交通隧道具有一定的密闭性，局部发生火灾，其火灾特点类似于室内火灾，理论上可以运用。

3.4 消防泵站
消防泵站设计包含消防泵房、消防水池、高位水箱等稳压设施及其他相关设施设计。该工程总长度为8148米，理论设计六个消防泵站分段进行消防供水，泡沫液罐、比例混合器及其他相关管路统一设置在各个消防泵站，比例混合器均采用环泵式，容量按计算确定，每个消防泵站的其他相关设计还包括：明确水源；结合现状管网压力及隧道消防系统所需水压确定泵站规模；合理设置稳压设施；配套相关设施设置等。

        水源：从隧道西端洞口开始将隧道合理分六段，每段设置消防水泵房一处，水源均来自前期新建DN600供水管。
        消防水池：每个消防泵站设置一座消防水池，水池容积满足隧道内消火栓系统灭火时的用水量。由于本工程隧道室外消火栓、室内消火栓及泡沫灭火系统均由泵房供给，每座水池容积应满足隧道内部及外部灭火时总用水量。
        消防水泵：消防水泵的选择按经济、安全、适用的原则，应根据工程项目中消防水泵房的位置、面积和消防给水系统的具体情况进行选择，确定消防水泵类型；消防水泵的流量和压力应根据隧道消防水量水压的需求计算确定，水泵的电机功率应满足水泵运行工况范围内的工作要求。经计算，选用水泵规模为
        H=65m，
        Q=30L/s。电机功率45k W，两用一备。
        高位水箱：该设计采用临时高压消防给水系统，应设计高位消防水箱，高位消防水箱的有效容积在现行国建标准《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）中没有给出具体规定，因此应按照满足初期火灾消防用水量的要求进行设计。本工程隧道室外及室外消防用水均由泵房供给，因此消防高位水箱的有效容积应为10min室内外总水量。高位水箱最低有效水位满足水灭火设施最不利点处静水压力，为0.1MPa。
        4结语
        现今，我国现有的各种泡沫灭火系统存在很多短板，例如系统启动无法做到及时准确；灭火过程中发泡时间过长无法在火灾初期起到抑制作用以及灭火后的水渍损失过大等等，此次城市交通隧道的消防设计中运用到了泡沫灭火系统，在理论上是可行的，但依然需要实际运用的考验，从而提高泡沫灭火系统在不同场所的适用性。
        参考文献
        [1]罗春幸.城市交通隧道消防灭火设施设计要点分析[J].建筑设计．2019，16（322）：110-111
        [2]曹文娟.某城市隧道水消防系统的设计与思考[J].消防科学与技术．2019，38（11）：1561-1566