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公路隧道自动灭火系统应用研究

2024-05-28 来源:化拓教育网
纂麟瓣计Il_ 公路隧道自动灭火系统应用研究 张文华 (公安部四川消防研究所,四川成都610036) 摘 要:介绍了国外公路隧道中自动灭火系统的研究背 景、设置的系统类型、各国的研究工作情况和应用情况。分析 了国内对公路隧道中设置自动灭火系统的观点,研究情况,标 准规定和应用情况等。提出了我国在公路隧道中自动灭火系 统的使用建议,建议在水下隧道、重要的城市交通隧道中应安 装自动灭火系统。 关键词:公路隧道;自动灭火系统;消防规范 中图分类号:X924.4。TU892 文献标志码:A 文章编号:1009—0029(2O15)04—0492—03 1国外研究及情况 1.1 固定式水基灭火系统 固定式水基灭火系统是一种固定安装在公路隧道中 的灭火设备,其通过网状管道和喷头释放灭火剂,在隧道 的所有区域或局部区域减少火灾的热释放和火灾增长速 率。固定灭火系统应作为消防工程系统方法的组成部 分,用来降低火灾增长速率和热释放速率。 固定式水基灭火系统包括雨淋系统、水喷雾系统和 泡沫系统。 1.2背景 世界道路协会(PIARC)在1983年悉尼、1987年布 鲁塞尔和1995年的蒙特利尔世界公路研讨会上分别做 了有关固定灭火系统的论文宣读。此外,题目为“公路隧 道的防火和防排烟公路隧道中的消防设备和防排烟设 备和公路隧道:固定灭火系统的评估”的PIARC技术报 告中也谈到了固定灭火系统。 目前,安装了固定灭火系统的欧洲国家的隧道有: 奥地利的Mona Lisa隧道和Felbertauern隧道;法国的 A86隧道;意大利布伦内罗隧道;荷兰鲁尔蒙特隧道; 挪威的Vdlreng隧道和F19yfjell隧道;西班牙的m30隧 道和Vielha隧道;瑞典的Tegelbacken隧道。 近年来,法国、荷兰和UPTUN和SOI IT联合开展 了固定灭火系统的试验。澳大利亚所有主要的城市公路 隧道中均安装了雨淋系统。 在日本,长度超过10 km的隧道和超过3 km的交通 量大的公路隧道都必须配备固定式水基灭火系统。 在北美,有6条公路隧道安装了固定式水基灭火系 统,这些隧道安装固定灭火系统的主要原因是允许无人 基金项目:公安部重点研究计划项目(2Ol3O2ZDYJOl5) 492 护送的运送危险化学品的车辆通行。 公路隧道中的固定式水基灭火系统的用途和效果以 前并没有被公众普遍接受。而现在固定式水基灭火系统 的效果获得了消防界人士和消防队员的高度评价,火灾 中通过抑制火灾蔓延能有效地控制公路隧道火灾。多数 国家不愿使用固定式水基系统灭火的原因在于绝大多数 火灾都是由于车辆发动机着火引发的,而在火灾完全蔓 延开之前该灭火系统的灭火效果是有限的。但是,固定 式水基灭火系统可用来冷却车身,防止火灾从着火车辆 蔓延至其他车辆(即减少火灾面积和财产损失),同时防 止隧道衬砌材料着火引发次生火灾。13本的经验表明, 由于水基灭火系统能十分有效地冷却着火区域周围的温 度,可以确保灭火救援的顺利进行。 水基灭火系统在多数场合可以作为隧道消防安全和 生命安全系统的一个重要组成部分已得到认同。其优点 表现在以下几个方面: (1)控制火灾蔓延。水基灭火或控制系统可防止火 灾蔓延至其他车辆,从而抑制了火灾的发展,以利于消防 队员灭火。 (2)灭火和冷却。如果严格设计,水基灭火系统可扑 灭隧道火灾,冷却火场高温,从而争取更多的疏散时问, 以利于消防队员进入火场灭火救援。要实现这一目的, 需要水基灭火系统尽早启动。例如,一辆重型货车发生 火灾仅仅需要i0 rain,火灾规模就能达到100 Mw,着火 区域的温度就会高达l 200℃以上,而这类火灾往往会 有人员丧生。 (3)改善首批到达人员的处置条件。通过喷水的冷 却和辐射屏蔽减少热暴露,有助于灭火救援作业。 (4)增强通风系统的性能。通过合理设计水基灭火 系统可以增强通风系统的实际通风能力,加速燃烧物体 的冷却。 (5)减少烟气的层化。水系统喷水后,冷却和浮力损 失可能导致烟雾分层,隧道内通风将加速这一过程。然 而,通过抑制火灾的蔓延,水基灭火系统将减少烟气生成 的总量。 1.3澳大利亚、日本、美国近期的研究工作 澳大利亚和日本采用的是根据预定的喷水强度作的 Fire Science and Technology,April 2015,Vol 34,No.4 简化设计。尽管从某种角度而言采用的设计喷水强度并 没有进行过严格的评估测试,但经过初步测试和历史证 明这仍然不失为一种有效的设计方法。 3.8 ram/rain。4次试验中火灾均在30 S内被成功扑灭。 泡沫 水喷淋系统的有效性不会受速度为4.2 m/s的纵 向通风的影响。灭火过程中气体温度的变化、烟气分布 和汽化现象没有详细的记录。 当以固定喷水强度为设计基础时,采用以下安装参 数:NFPA 15《水喷雾灭火系统标准》中的分区参数、经 主管部门认可的喷水强度、喷头的选用、根据进入隧道 的车辆的类型确定的分区的长度、3个分区同时喷水的 水力设计。 UPTUN是欧洲各国的联合研究项目,主要测试水 雾系统在挪威的Hob ̄l隧道和意大利的Virgolo隧道中 的应用。火灾规模限定为25 Mw大小的带防护的油池 火和木垛火。分区长度为30 m。系统动作后,热释放速 各种喷头其性能各异,在选择喷头时需要考虑如下 因素:通风方案(如风速和风向)、隧道的高度、喷头安 装高度、预估的火灾荷载、环境条件(如腐蚀和严寒)。 日本相关部门就水喷雾在隧道防火保护中的应用开 展了系列试验研究,并对其中一些研究成果进行了报道。 例如,在一座正在运营中的横截面面积为115 m 的隧道 中开展实体火灾试验,设计火灾为5 Mw的汽油火灾,测 试了3种不同类型的喷雾系统的防火保护效果。试验中 的喷水强度为6 ram/rain,低于欧洲隧道的取值(仅为Be— nelux隧道实验的1/2)。日本在其他运营中的隧道开展 的火灾试验所设定的火灾规模为4、9 m 汽油油池火灾和 公交车火灾。试验结果显示伴随水喷雾系统的启动,隧 道中的空气温度迅速降至正常值。关于灭火过程中的烟 气分布和汽化现象未见报道。 为了测试水喷淋在隧道灭火中的有效性,荷兰在比 荷卢隧道中组织开展了一系列试验。试验是在一座运营 中的公路隧道中进行的,隧道尺寸为9.8 m宽、5.1 m 高。设计了不同的火灾场景模拟停放的车辆火灾,包括 载满木垛的货车,装载木货架的高档物品运输车、装载木 垛的铝车厢的货车。试验中没有用到液体燃料 火灾规 模为l5~4O Mw。隧道中设置两个喷淋分区。1分区长 度为l7.5 m,I1分区长度为20 m。喷水强度为12.。5 mm/min。水喷淋的启动时间从点火开始计6~22 min 不等。为了重点研究水喷淋对气流冷却和蒸汽生成的作 用,实验中不采用纵向机械通风。三次试验中,隧道内 的气流速度约为0~1 m/s,一次试验设计为约3 m/s。 所有试验中,在水喷淋启动后不久,上下游的空气温度迅 速从25O~350。C降到2O~3O。C,有效地阻止了火灾从 着火车辆蔓延至其他车辆。水喷淋启动后烟层发生了紊 乱,能见度降低。能见度在5~15 min后得到了改善。 试验过程中没有明显的蒸气生成,也无爆燃现象。 设计水基灭火系统的一个例子是选用泡沫添加剂, 其目的是为了防止发生可燃液体燃料或化学危险品火 灾。为了研究采用泡沫一水喷淋系统预防油类火灾的可 行性,在Memorial Tunnel中组织开展了大规模实体火灾 试验。试验火灾热释放速率为lO、2O、50、100 Mw的柴 油火。带泡沫添加剂(3 AFFF)的喷水强度为2.4~ 消防科学与技术2015年4月第34卷第4期 率减少了5O 。Virgolo隧道试验中,消防队员配备了传 感器,其目的是检测他们在火场中的生理反应。 德国的研究项目SOLIT至少在San Pedro Des Anes 的隧道中开展了超过5O次火灾试验,包括高达35 MW 的油池火和潜在的热释放速率为200 Mw的带顶棚的燃 料运输车火灾。同时测试了细水雾灭火系统、几种不同 类型的探测系统在风速为6 m/s的纵向通风条件下的有 效性。也开展了半横向通风试验。最大作用长度为45 m。细水雾灭火系统动作后,辐射热的冷却和衰减使热 释放速率降低至5O Mw以下。在这个范围内消防队能 进入实施灭火救援作业。 2国内的研究及应用情况 国内自动灭火系统在隧道中的应用主要是自动喷水 灭火系统、水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统、泡沫一水 喷雾灭火系统等。 自动喷水灭火系统在隧道中的应用,国内消防界历 来存有争议。《中国消防手册》第五卷中的论述分析,隧 道内设置自动喷水灭火系统不仅对灭火无效,而且还有 助于火灾的传播和加重火灾的危害,主要理由是:(1)典 型的火灾通常发生在车辆下部或车厢内部,顶部喷水没 有效果;(2)如在火灾开始和喷头动作之间发生延误,在 巨热火焰上喷一层薄水雾,实质上不仅压不住火焰,反而 将产生大量过热蒸气,蒸气比烟雾更具危害性;(3)喷水 会引起烟雾分层,导致紊流,将空气和烟雾混合,威胁隧 道内人员的安全;(4)系统中喷出的水会使路面变得湿 滑,影响人员逃生,并可能导致可燃液体火灾进一步扩 大,令火场面积及释热量扩大。 上述观点随着隧道火灾事故的经验总结已经发生了 变化。对于公路隧道中是否需要设置自动喷水灭火系 统,国内这几年也进行了一些研究。在上海长江隧桥、重 庆解放碑金融街地下车库连通工程等隧道内进行了多次 实体火灾试验,自动灭火系统在火灾初期及时动作,控制 了火灾的扩大和蔓延。 目前,国内的公路隧道消防技术规范尚在编制中, JTGD 70—2OO4《公路隧道设计规范》、JTG/TD 71—2O04 《公路隧道交通工程设计规范》中对隧道内是否设置自动 灭火系统没有明确要求;GB 50016--2006{建筑设计防火 493 规范》中对隧道内是否设置自动灭火系统也无明确要求。 国内最早的隧道消防技术规范是云南省地方标准 DBJ 53—14—2005{公路隧道消防设计施工管理技术规 程》,也未提及自动灭火系统在隧道中的应用。 上海市工程建设规范DG/TJ O8—2033—2OO8《道路 隧道设计规范》第17章隧道防灾中规定了水喷雾系统、 泡沫~水喷雾联用灭火系统等的相关技术要求。 湖南省地方标准DB 43/729—2012《公路隧道消防 技术规范》第9章中规定了细水雾系统、泡沫一水喷雾联 用灭火系统等的相关技术要求。 国内目前建成的公路隧道中,大部分都没有设置自 动灭火系统,只有少量的城市隧道设置了自动灭火系统, 自动灭火系统的设置情况如下: 北京金融街地下车行系统采用了预作用式自动喷水 灭火系统;北京奥林匹克公园地下交通联系通道、北京 CBD核心区地下输配环工程、天津现代服务产业区地下 交通空间工程均采用了水喷雾灭火系统;重庆解放碑金 融街地下车库连通工程,上海翔殷路隧道、上海上中路隧 道、杭州庆春路过江隧道、杭州钱江隧道、南京长江隧道、 厦门翔安海底隧道均置了泡沫一水喷雾联用灭火系统。 上海长江隧桥(崇明越江通道)工程隧道内安装了泡 沫水喷雾联用自动灭火系统,同时设置了高压细水雾 系统,用于降温和除尘。 3结论和建议 自动灭火系统对于控制隧道内的火灾规模、降低火 灾时隧道内的火场温度,保护隧道的结构安全等具有重 要作用。 对于性质重要、交通量大、施工难度大的隧道,如水 下隧道、重要的城市交通隧道等应设计安装自动灭火系 统,以保护隧道的结构和进行控火、灭火,保护人民的生 命财产安全。自动灭火系统的类型应根据隧道的特点灵 活选用。 参考文献 r1]NFPA 502—2011,Standard for road tunnels,bridges,and other limited access highways[S]. 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[13]殷李革.越江隧道的性能化消防安全设计对策[J].消防科学与技 术,2006,25(3):357—359. 一础~~一叭 一~.m咖一.~ ~一Application research of automatic extinguishing system in road tunnel ZHANG Wel1一hua (Sichuan Fire Research Institute of the MPS,Sichuan Chengdu 610036,China) 作者简介:张文华(1969一),女,公安部四川消防研 究所副研究员,硕士,主要从事消防技术研究与规范编 制工作,四川省成都市金牛区金科南路69号,610036。 收稿日期:2O14—12一l5 Hre Science and Technology,April 2015,Vol 34,No.4 甜一~㈣ Hl 

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