公路隧道自动灭火系统应用研究

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］．　［２］中华人民共和国公安部消防局．中国消防手册［Ｍ］．上海：上海科学　技术出版社，２００７．　［３］ＪＴＧ／ＴＤ　７１－－２００４，公路隧道交通工程设计规范［ｓ］．　［４］ＧＢ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