公路隧道消防设计与探讨

方金珍
（福建省交通规划设计院，福建 福州 350004）

　　摘要：在缺乏行业消防设计规范的情况下，根据隧道火灾的起因。种类和特点，提出防火和灭火的措施，认为消火栓的布三间距应在保证最少2支水枪的充实水柱同时到达隧道内任何部位的前提下，根据具体情况经过计算确定，水喷淋灭火系统对隧道的消防的有效性还有待探讨。
　　关键词：公路隧道；防火；灭火；消防设计
　　中图分类号：TU998.1 　文献标识码：B 　文章编号：1009－2455（2003） 03－0067－03

　　着改革开放的深人，我国经济建设和社会发展取得了巨大的成就。国家每年投人大量资金进行公路等基础设施建设。福建属于多山省份，近年来，随着公路交通事业的发展，公路等级的提高，对公路线型的要求也越来越高。为了克服高程障碍，优化线路，缩短里程，修建隧道必不可少，而且数量越来越多，规模越来越大。隧道是公路交通的咽喉要道，结构复杂，环境密闭，空间狭窄，能见度差，流动车辆多，车速快，一旦发生火灾，扑救相当困难，往往造成重大的人员伤亡和财产损失。故在隧道设计时，应贯彻“预防为主，防消结合”的方针，采取有效的防火与灭火措施，使火灾控制在最低限度，使隧道真正起到安全输送人员和物资的作用。

l 火灾的起因、种类及特点

1.1 火灾的起因
　　公路隧道一般远离市区，是车辆流通的必经之道，火灾的起因主要有以下5种可能：①人为纵火；②汽车本身系统故障起火；③汽车装载的货物过明火或热源引起燃烧或自燃；④汽车相撞起火；⑤电气线路短路起火。
1.2 火灾的种类及特点
　　根据隧道火灾的起因和物质燃烧的特性分析，隧道可能发生的火灾种类大致有 A，B，C，E 4类。A 类指汽车装载的可燃固体燃烧的火灾或常温下呈半凝固状态的重油燃烧的火灾；B 类指汽车装载的可燃液体燃烧的火灾或汽车本身的油箱燃烧的火灾；C 类指汽车运载的可燃气体燃烧的火灾；E类为带电物体燃烧的火灾。其中以汽车相撞引发的A，B 类火灾最为常见。这些火灾由于受隧道空间的限制，火焰和烟雾无法向上发展，迫使其往纵向扩散，并且很快充满隧道。据资料[1] 报道，两辆货车或公共汽车相撞酿成的火灾，在起火 25 s后就充分发展，3 min左右火源上方顶部温度已达到1000℃左右，10 min内达 1000℃以上。如此迅猛的火势给人员疏散和灭火造成很大的困难。

2 防火与灭火措施

2.1 防火措施
　　根据隧道火灾的起因，设计时，通常采取以下几种防火措施：
　　①在隧道进口设管理站，加强交通安全管理和消防管理；
　　②限制车速，限制载有易燃易爆物品及其他危险品的车辆进人隧道或由专业车辆引入；
　　③各种电气线路采取穿管保护，电缆采用阻燃电缆或耐火电缆；
　　④长隧道内设置电视监控系统，事故报警接纽，避难通道，应急灯，电话以及通风机等；
　　⑤选用耐高温、耐潮湿环境的防火涂料；
　　⑥所有的灯具、电话箱、灭火设施箱体均要求用非燃烧材料制作。
2.2 灭火措施
2.2.1 灭火剂的选择
　　由于当前我国尚没有隧道消防设计规范，所以隧道消防设计时，通常根据隧道内可能发生的火灾种类选择灭火剂。一般有①干粉，磷酸铰盐干粉灭火剂，可用于扑救除活泼金属外的其它各类火灾，对火灾种类复杂的隧道特别适用。设计时，通常选用磷酸铵盐干粉灭火剂。②水，是自然界中广泛存在的天然灭火剂，取之方便，价格便宜，可用于扑救隧道内的 A 类火灾。同时，由于水在温度升高时，吸收大量的热，能有效地降低燃烧物质和周围物质的温度，使燃烧停止，所以，对于隧道内除 A 类外的其它各类火灾，还具有冷却降温和冲淡稀释作用。③泡沫，主要用于扑救隧道内的B类火灾，特别是隧道内最可能引发的汽油火灾。由于水成膜泡沫能在油类的表面形成一层很薄的水膜，抑制油品向上蒸发，依靠水膜和泡沫的双重作用，使燃油与空气隔绝，迅速而有效地将火扑灭。有实验^[2] 表明水成膜泡沫灭火剂的灭火效率约为普通蛋白泡沫的3倍。故目前我院隧道设计均选用水成膜泡沫灭火剂。但对于水溶性B类火灾，如醉、酮、醚、酯等火灾，水成膜泡沫很快被破坏而不起作用，所以本人认为，在经济条件许可时，应首选抗溶性水成膜泡沫灭火剂，因为它既适合扑救水溶性 B 类火灾，同样适合扑救非水溶性B类火灾。
2.2.2 灭火设施
　　隧道内一旦发生火灾，受空间狭小的限制，容易造成交通混乱，为了疏散车辆和人员，必须尽可能地把火灾限制在最小范围内，要做到这一点，隧道内必须配置强而有效的灭火设施。根据隧道的长度，我们把隧道分为三类（与《公路隧道设计规范》JTJO 26－90 略有不同）。第一类为 500m 以下的隧道，称之为短隧道，由于汽车在隧道内通行的时间不足l min，火灾危险小，故设计时一般只考虑配置便携式磷酸铵盐干粉灭火器。第二类为 500～1000 m（含 500 m）的隧道，称之为中隧道，火灾危险性较大，除配置便携式磷酸铰盐干粉灭火器外，还配置水-水成膜泡沫两用灭火设施。这种灭火设施的配置只能根据火灾种类选择水或水成膜泡沫之一进行灭火。第三类为1000 m（含 1000 m）以上的隧道，称之为长隧道，火灾危险性大，起火后容易造成重大的火灾损失，除配置便携式磷酸铰盐干粉灭火器外，还分别配置消火栓灭火设施和水成膜泡沫灭火设施。这种灭火设施的配置，在用水成膜泡沫灭火设施灭火的同时，还可用消火栓灭火设施对火灾周围进行冷却。根据火场灭火情况，一般首先发现火灾并面临火灾的是司机和乘客，他们没有专门的灭火技能，必须 使用隧道内配置的消防设施，对他们来说便携式磷酸铰盐干粉灭火器是最好的灭火设施。随着火灾的发展，隧道管理所兼职消防人员到达隧道，他们具有专门的灭火技能，但不携带消防设备，对他们来说，使用隧道内配置的消火栓或水成膜泡沫灭火设施是最好的灭火手段。由于隧道一般都远离市区，社会消防队员总是最迟到达火灾现场，他们具有特殊的灭火技能，且自带灭火设备，对于他们来说，一般只要求供给充足的水源，为满足他们的需要，我们在隧道进出口设置了室外消火栓和水泵接合器。由于福建公路建设起步较晚，隧道灭火尚无经验，根据上海延安东路过江隧道灭火统计资料[2]，隧道通车5年多发生过中小型火灾十余次，其中65％的火灾是第一发现者即司机和乘客扑灭的，35％的火灾是第一发现者和随后到达的隧道管理所兼职消防队员共同扑灭的。日本道路公社团所属的隧道，1960年至1980年期间共发生24次火灾，其中15次是在社会消防队员到达火灾现场之前，由司机、乘客以及隧道管理所兼职消防队员共同扑灭的。这些火场经验说明了隧道内配置消防设施立足自救的重要性和必要性。

3 工程实例

　　福建双湖公路寿宁段罗宁隧道，全长 1368m，属二级公路长隧道，要求设计为单洞双车道双向行车，最大车速为 40 km／h，隧道横向宽度 9m，双车道路面宽度7.5m，车道净高 5m 。本人认为该隧道虽然属二级公路隧道，但为单洞双车道双向行车隧道，交通事故概率相对双洞四车道即单洞双车道单向行车隧道高，火灾危险性较大，必须立足于自救，故设计时，按照上述的灭火措施进行隧道内灭火设施配置，即每隔 50 m设消防洞室一处，每处消防洞室内配置消火栓箱和水成膜泡沫灭火装置箱各一个。消火栓箱内设SNJ 65室内减压稳压消火栓 1个，25 m长φ65 的衬胶水龙带2条，φ19水枪1支，同时还配消防水喉。水成膜泡沫灭火装置箱内设 30 L水成膜泡沫液贮罐 1个，比例混合器 1个，泡沫喷射枪 1支，25 m长 φ20的喷射胶管 1条。泡沫混合液流量为 30 L／min，混合液的质量分数为 3％，喷射时间 30 min以上。同时洞内还配4具8 kg的便携式磷酸铵盐干粉灭火器（《建筑灭火器配置设计规范》规定，B类轻危险级场所，灭火器最大保护半径为 15 m，考虑隧道内与建筑物内不同，从消防洞室取灭火器到火灾现场均可直线到达，参照1997年日本隧道设计要领，设置间距取 50 m）。

4 需要探讨的问题

4.1 消火栓的布置间距
　　按照《公路隧道设计规范》JTJ 026－90要求，消防水栓每隔 50 m设一个。本人认为应按照隧道的宽度、配置的水龙带长度以及水枪的充实水柱由计算确定。下面以布罗宁隧道消火栓布置为例进行计算分析（参照室内消火栓的布置）。
　　消火栓保护半径 R＝L_D＋L_s，L_s＝S_k × cos45°
　　式中：
　　R——消火栓保护半径，m；
　　L_D——水龙带敷设长度 m；考虑水带的转弯曲折，折减系数取 0.9。即 LD＝2 × 25 × 0.9 m
　　L_s——水枪充实水柱在平面上的投影长度 m；根据火场经验，水枪射流上倾角度一般不超过45°，故按 45°考虑；
　　S_k——水枪充实水柱，m；φ19的水枪，当流量为 5 Ws时，其充实水柱为门.3 m。
　　则R＝2 × 25 × 0.9＋11.3 × cos45°≈53 m消火栓的布置间距S＝（R²－b²）^0.5
　　式中：
　　S——2支水枪的充实水柱同时到达隧道内 任何部位时消火栓的间距，m；
　　R——消火栓保护半径，m；
　　b——消火栓的最大保护宽度，n，即隧道的最大宽度9 m。
　　则 S＝（53²－g²）^0.5≈52 m
　　按照《公路隧道设计规范》JTJ 026－90 要求，设计时消防洞室间距取 50 m。需要探讨的是，这是在每个消火栓配置2条水龙带串联使用的情况下计算的。但是国内很多隧道消火栓的间距按50m布置，而每个消火栓仅配置一条水龙带，本人认为这种布置只能保证一支水枪充实水柱到达隧道内任何部位，一旦火灾发生在该消火栓处，人们无法靠近使用，其他消火栓也爱莫能助，整个消防系统就形同虚设。要保证 2 支水枪的充实水同时到达隧道内的任何部位，按上述公式计算，消火栓的间距不得大于29m 。同样，隧道宽度不同，消火栓的布置间距也不一样。所以本人认为消火栓的布置间距应在保证最少2支水枪的充实水柱的同时到达隧道内任何部位的前提下，根据具体情况经过计算确定。
4.2 水喷淋系统
　　《公路隧道设计规范》JTJ 026－90中要求长隧道内应设水喷淋系统，每隔 5 m 设喷头1只。这种设计方案国外很多国家持不推荐态度，他们认为隧道初期火灾通常发生在乘客内部，或车辆下部，或顶部为防水设计的发动机厢内，顶部喷水没有灭火效果。而且受空间限制，隧道顶部的温度极高，在巨热的火焰上喷水，不会压制火焰，相反使烟雾层向下移动，并与空气混合，不但降低了能见度，同时还威胁隧道中人员的人身安全^[1]。日本曾经在5座设置水喷淋系统的长隧道中，共发生6次火灾，投人运行的只有日本饭隧道1次，但没有效果。虽然水喷淋系统在起火后 l min就自动投人运行，但喷水25 min后火势不但没有得到控制，反而继续扩大，而且还发生了爆炸，共烧毁汽车174辆，死亡7人。在美国众多的隧道中，也仅有3座设置水喷淋系统。鉴于这些原因，我们在设计时没有考虑设置水喷淋灭火系统。对于火灾危险性特别大的长隧道，是否需要配置，有待于进一步探讨。

5 结语

　　水火无情，火灾是各国人民难免遇到的灾难之一，一旦发生，将使人们辛勤创造的物质财产和宝贵生命，顷刻间化为灰烬。为了避免灾难，首先应重视安全防火，同时要配备强有力的灭火设施。特别对于公路隧道，社会消防队往往不能保证及时到达现场，必须立足于自救。只有坚持贯彻“预防为主，防消结合”的方针，才能保证隧道畅通无阻。

参考文献：
[1] 蒋永根，皮声援.高层建筑和地下工程防火设计问答[M].北京：地震出版社，1996.
[2] 蒋永琨.中国消防工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

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作者简介：方金珍（1963-），女，福建莆田人，工程师，学士，电话（0591）3331ll9。