公路隧道消防設(shè)計與探討
摘 要: 在缺乏行業(yè)消防設(shè)計規(guī)范的情況下,根據(jù)隧道火災(zāi)的起因、種類和特點, 提出防火和滅火的措施,認(rèn)為消火栓的布置間距應(yīng)在保證最少,支水槍的充實水柱同時到達(dá)隧道內(nèi)任何部位的前提下, 根據(jù)具體情況經(jīng)過計算確定,水噴淋滅火系統(tǒng)對隧道的消防的有效性還有待探討.
關(guān)鍵詞: 公路隧道;防火;滅火;消防設(shè)計
隨著改革開放的深入,我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展取得了巨大的成就.國家每年投入大量資金進(jìn)行公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè).福建屬于多山省份,近年來, 隨著公路交通事業(yè)的發(fā)展,公路等級的提高,對公路線型的要求也越來越高.為了克服高程障礙,優(yōu)化線路,縮短里程,修建隧道必不可少,而且數(shù)量越來越多,規(guī)模越來越大.隧道是公路交通的咽喉要道, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,環(huán)境密閉,空間狹窄,能見度差,流動車輛多,車速快,一旦發(fā)生火災(zāi),撲救相當(dāng)困難,往往造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失.故在隧道設(shè)計時,應(yīng)貫徹"預(yù)防為主,防消結(jié)合"的方針, 采取有效的防火與滅火措施,使火災(zāi)控制在最低限度,使隧道真正起到安全輸送人員和物資的作用.
1 火災(zāi)的起因、種類及特點
1.1 火災(zāi)的起因
公路隧道一般遠(yuǎn)離市區(qū),是車輛流通的必經(jīng)之道,火災(zāi)的起因主要有以下5 種可能:(1)人為縱火;(2)汽車本身系統(tǒng)故障起火;(3)汽車裝載的貨物遇明火或熱源引起燃燒或自燃;(4)汽車相撞起火;(5)電氣線路短路起火.
1.2 火災(zāi)的種類及特點
根據(jù)隧道火災(zāi)的起因和物質(zhì)燃燒的特性分析,隧道可能發(fā)生的火災(zāi)種類大致有A,B,C,E4類. A類指汽車裝載的可燃固體燃燒的火災(zāi)或常溫下呈半凝固狀態(tài)的重油燃燒的火災(zāi);B類指汽車裝載的可燃液體燃燒的火災(zāi)或汽車本身的油箱燃燒的火災(zāi);C類指汽車運(yùn)載的可燃?xì)怏w燃燒的火災(zāi);E類為帶電物體燃燒的火災(zāi).其中以汽車相撞引發(fā)的A,B類火災(zāi)最為常見.這些火災(zāi)由于受隧道空間的限制,火焰和煙霧無法向上發(fā)展,迫使其往縱向擴(kuò)散,并且很快充滿隧道.據(jù)資料[1]報道,兩輛貨車或公共汽車相撞釀成的火災(zāi), 在起火25s后就充分發(fā)展,3min左右火源上方頂部溫度已達(dá)到1000℃左右,10min內(nèi)達(dá)1000℃以上.如此迅猛的火勢給人員疏散和滅火造成很大的困難.
2 防火與滅火措施
2.1 防火措施
根據(jù)隧道火災(zāi)的起因,設(shè)計時,通常采取以下幾種防火措施:
(1) 在隧道進(jìn)口設(shè)管理站,加強(qiáng)交通安全管理和消防管理;
(2) 限制車速,限制載有易燃易爆物品及其他危險品的車輛進(jìn)入隧道或由專業(yè)車輛引入;
(3) 各種電氣線路采取穿管保護(hù),電纜采用阻燃電纜或耐火電纜;
(4) 長隧道內(nèi)設(shè)置電視監(jiān)控系統(tǒng),事故報警按紐, 避難通道,應(yīng)急燈,電話以及通風(fēng)機(jī)等;
(5) 選用耐高溫、耐潮濕環(huán)境的防火涂料;
(6) 所有的燈具、電話箱、滅火設(shè)施箱體均要求用非燃燒材料制作.
2.2 滅火措施
2.2.1 滅火劑的選擇
由于當(dāng)前我國尚沒有隧道消防設(shè)計規(guī)范, 所以隧道消防設(shè)計時,通常根據(jù)隧道內(nèi)可能發(fā)生的火災(zāi)種類選擇滅火劑. 一般有(1)干粉,磷酸銨鹽干粉滅火劑,可用于撲救除活潑金屬外的其它各類火災(zāi),對火災(zāi)種類復(fù)雜的隧道特別適用.設(shè)計時,通常選用磷酸銨鹽干粉滅火劑.(2)水,是自然界中廣泛存在的天然滅火劑,取之方便,價格便宜,可用于撲救隧道內(nèi)的A類火災(zāi).同時,由于水在溫度升高時,吸收大量的熱,能有效地降低燃燒物質(zhì)和周圍物質(zhì)的溫度,使燃燒停止, 所以, 對于隧道內(nèi)除A類外的其它各類火災(zāi),還具有冷卻降溫和沖淡稀釋作用.(3)泡沫,主要用于撲救隧道內(nèi)的B類火災(zāi),特別是隧道內(nèi)最可能引發(fā)的汽油火災(zāi).由于水成膜泡沫能在油類的表面形成一層很薄的水膜,抑制油品向上蒸發(fā),依靠水膜和泡沫的雙重作用,使燃油與空氣隔絕,迅速而有效地將火撲滅.有實驗[2]表明水成膜泡沫滅火劑的滅火效率約為普通蛋白泡沫的3倍.故目前我院隧道設(shè)計均選用水成膜泡沫滅火劑.但對于水溶性B類火災(zāi), 如醇、酮、醚、酯等火災(zāi),水成膜泡沫很快被破壞而不起作用, 所以本人認(rèn)為,在經(jīng)濟(jì)條件許可時,應(yīng)首選抗溶性水成膜泡沫滅火劑,因為它既適合撲救水溶性B類火災(zāi),同樣適合撲救非水溶性B類火災(zāi).
2.2.2 滅火設(shè)施
隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi),受空間狹小的限制,容易造成交通混亂,為了疏散車輛和人員,必須盡可能地把火災(zāi)限制在最小范圍內(nèi),要做到這一點,隧道內(nèi)必須配置強(qiáng)而有效的滅火設(shè)施.根據(jù)隧道的長度,我們把隧道分為三類(與《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTJO26-90 略有不同).第一類為500m以下的隧道,稱之為短隧道,由于汽車在隧道內(nèi)通行的時間不足1min, 火災(zāi)危險小, 故設(shè)計時一般只考慮配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器.第二類為500-1000m(含500m)的隧道,稱之為中隧道,火災(zāi)危險性較大,除配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器外,還配置水-水成膜泡沫兩用滅火設(shè)施.這種滅火設(shè)施的配置只能根據(jù)火災(zāi)種類選擇水或水成膜泡沫之一進(jìn)行滅火,第三類為1000m(含1000m)以上的隧道,稱之為長隧道,火災(zāi)危險性大,起火后容易造成重大的火災(zāi)損失,除配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器外,還分別配置消火栓滅火設(shè)施和水成膜泡沫滅火設(shè)施.這種滅火設(shè)施的配置,在用水成膜泡沫滅火設(shè)施滅火的同時,還可用消火栓滅火設(shè)施對火災(zāi)周圍進(jìn)行冷卻.根據(jù)火場滅火情況,一般首先發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并面臨火災(zāi)的是司機(jī)和乘客,他們沒有專門的滅火技能,必須使用隧道內(nèi)配置的消防設(shè)施,對他們來說便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器是最好的滅火設(shè)施.隨著火災(zāi)的發(fā)展,隧道管理所兼職消防人員到達(dá)隧道,他們具有專門的滅火技能,但不攜帶消防設(shè)備,對他們來說,使用隧道內(nèi)配置的消火栓或水成膜泡沫滅火設(shè)施是最好的滅火手段.由于隧道一般都遠(yuǎn)離市區(qū),社會消防隊員總是最遲到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場,他們具有特殊的滅火技能,且自帶滅火設(shè)備,對于他們來說,一般只要求供給充足的水源,為滿足他們的需要,我們在隧道進(jìn)出口設(shè)置了室外消火栓和水泵接合器.由于福建公路建設(shè)起步較晚, 隧道滅火尚無經(jīng)驗,根據(jù)上海延安東路過江隧道滅火統(tǒng)計資料[2],隧道通車5年多發(fā)生過中小型火災(zāi)十余次,其中65%的火災(zāi)是第一發(fā)現(xiàn)者即司機(jī)和乘客撲滅的,35%的火災(zāi)是第一發(fā)現(xiàn)者和隨后到達(dá)的隧道管理所兼職消防隊員共同撲滅的.日本道路公社團(tuán)所屬的隧道,1960年至1980年期間共發(fā)生24次火災(zāi),其中15次是在社會消防隊員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場之前,由司機(jī)、乘客以及隧道管理所兼職消防隊員共同撲滅的.這些火場經(jīng)驗說明了隧道內(nèi)配置消防設(shè)施立足自救的重要性和必要性.
3 工程實例
福建雙湖公路壽寧段羅寧隧道,全長1368m,屬二級公路長隧道,要求設(shè)計為單洞雙車道雙向行車,最大車速為40km/h,隧道橫向?qū)挾?m,雙車道路面寬度7.5m,車道凈高5m.本人認(rèn)為該隧道雖然屬二級公路隧道,但為單洞雙車道雙向行車隧道,交通事故概率相對雙洞四車道即單洞雙車道單向行車隧道高,火災(zāi)危險性較大,必須立足于自救,故設(shè)計時,按照上述的滅火措施進(jìn)行隧道內(nèi)滅火設(shè)施配置,即每隔50m設(shè)消防洞室一處,每處消防洞室內(nèi)配置消火栓箱和水成膜泡沫滅火裝置箱各一個.消火栓箱內(nèi)設(shè)SNJ65 室內(nèi)減壓穩(wěn)壓消火栓1個,25m長直徑65的襯膠水龍帶2條,直徑19水槍1支,同時還配消防水喉.水成膜泡沫滅火裝置箱內(nèi)設(shè)30L水成膜泡沫液貯罐1個,比例混合器1個,泡沫噴射槍1支,25m長直徑20的噴射膠管1條.泡沫混合液流量為30L/min,混合液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%, 噴射時間30min以上.同時洞內(nèi)還配4具8kg的便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器(《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,B類輕危險級場所,滅火器最大保護(hù)半徑為15m,考慮隧道內(nèi)與建筑物內(nèi)不同,從消防洞室取滅火器到火災(zāi)現(xiàn)場均可直線到達(dá),參照1997年日本隧道設(shè)計要領(lǐng),設(shè)置間距取50m).
4 需要探討的問題
4.1 消火栓的布置間距
按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTJ026-90要求,消防水栓每隔50m設(shè)一個,本人認(rèn)為應(yīng)按照隧道的寬度、配置的水龍帶長度以及水槍的充實水柱由計算確定.下面以布羅寧隧道消火栓布置為例進(jìn)行計算分析(參照室內(nèi)消火栓的布置).
消火栓保護(hù)半徑
式中:R--消火栓保護(hù)半徑,m;
Ld--水龍帶敷設(shè)長度m;考慮水帶的轉(zhuǎn)彎曲折,折減系數(shù)取0.9.即Ld=2×25×0.9m
Ls--水槍充實水柱在平面上的投影長度m;根據(jù)火場經(jīng)驗,水槍射流上傾角度一般不超過45°,故按45°考慮;
Sk水槍充實水柱,m;直徑19的水槍,當(dāng)流量為5L/s時,其充實水柱為11.3m
則
消火栓的布置間距S=(R2-b2)0.5
式中:S--2支水槍的充實水柱同時到達(dá)隧道內(nèi)任何部位時消火栓的間距,m;
R--消火栓保護(hù)半徑,m;
b--消火栓的最大保護(hù)寬度,m,即隧道的最大寬度9m.
則S=(532-92)0.5=52m
按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTJ026-90要求,設(shè)計時消防洞室間距取50m.需要探討的是,這是在每個消火栓配置2條水龍帶串聯(lián)使用的情況下計算的.但是國內(nèi)很多隧道消火栓的間距按50m布置,而每個消火栓僅配置一條水龍帶,本人認(rèn)為這種布置只能保證一支水槍充實水柱到達(dá)隧道內(nèi)任何部位,一旦火災(zāi)發(fā)生在該消火栓處,人們無法靠近使用,其他消火栓也愛莫能助,整個消防系統(tǒng)就形同虛設(shè).要保證2 支水槍的充實水同時到達(dá)隧道內(nèi)的任何部位,按上述公式計算,消火栓的間距不得大于29m.同樣,隧道寬度不同,消火栓的布置間距也不一樣.所以本人認(rèn)為消火栓的布置間距應(yīng)在保證最少2支水槍的充實水柱的同時到達(dá)隧道內(nèi)任何部位的前提下,根據(jù)具體情況經(jīng)過計算確定.
4.2 水噴淋系統(tǒng)
《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTJ026-90中要求長隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)水噴淋系統(tǒng),每隔5m設(shè)噴頭1只.這種設(shè)計方案國外很多國家持不推薦態(tài)度,他們認(rèn)為隧道初期火災(zāi)通常發(fā)生在乘客內(nèi)部,或車輛下部,或頂部為防水設(shè)計的發(fā)動機(jī)廂內(nèi),頂部噴水沒有滅火效果.而且受空間限制,隧道頂部的溫度極高,在巨熱的火焰上噴水,不會壓制火焰,相反使煙霧層向下移動,并與空氣混合,不但降低了能見度,同時還威脅隧道中人員的人身安全[1].日本曾經(jīng)在5座設(shè)置水噴淋系統(tǒng)的長隧道中,共發(fā)生6次火災(zāi),投入運(yùn)行的只有日本坂隧道1次,但沒有效果.雖然水噴淋系統(tǒng)在起火后1min 就自動投入運(yùn)行, 但噴水25min后火勢不但沒有得到控制,反而繼續(xù)擴(kuò)大,而且還發(fā)生了爆炸,共燒毀汽車174輛! 死亡7人.在美國眾多的隧道中,也僅有3座設(shè)置水噴淋系統(tǒng).鑒于這些原因,我們在設(shè)計時沒有考慮設(shè)置水噴淋滅火系統(tǒng).對于火災(zāi)危險性特別大的長隧道,是否需要配置,有待于進(jìn)一步探討.
5 結(jié)語
水火無情,火災(zāi)是各國人民難免遇到的災(zāi)難之一,一旦發(fā)生,將使人們辛勤創(chuàng)造的物質(zhì)財產(chǎn)和寶貴生命,頃刻間化為灰燼.為了避免災(zāi)難,首先應(yīng)重視安全防火,同時要配備強(qiáng)有力的滅火設(shè)施.特別對于公路隧道,社會消防隊往往不能保證及時到達(dá)現(xiàn)場,必須立足于自救.只有堅持貫徹"預(yù)防為主,防消結(jié)合"的方針,才能保證隧道暢通無阻.
