城市二類交通隧道排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要:通過對比分析各消防系統(tǒng)，結(jié)合城市交通隧道設(shè)計(jì)案例，得出城市二類隧道內(nèi)消防系統(tǒng)采用固定式水成膜消防系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、滅火器三種消防滅火系統(tǒng)組合的消防系統(tǒng)，工作井設(shè)備用房設(shè)氣體滅火系統(tǒng)及滅火器，并闡述了消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。對隧道排水系統(tǒng)進(jìn)行了探討，提出了最低點(diǎn)廢水泵房廢水通過工作井廢水泵房轉(zhuǎn)輸?shù)姆桨?，分析歸納了雨水泵房設(shè)計(jì)參數(shù)。

關(guān)鍵詞:交通隧道；排水系統(tǒng)；消防系統(tǒng)；重現(xiàn)期

引言

在快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)帶動下，我國城市隧道交通工程也突飛猛進(jìn)。但與之配套的給排水、消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，國內(nèi)尚無具體的規(guī)范規(guī)定。關(guān)于城市二類隧道給排水及消防研究較少，而該類工程又很多，設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)、完善的排水及消防系統(tǒng)對隧道交通運(yùn)營至關(guān)重要。筆者結(jié)合某城市交通隧道設(shè)計(jì)案例，對城市二類交通隧道排水及消防系統(tǒng)方案、關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行探討。

1工程概況

該城市隧道東西走向，長1980m，屬二類城市交通隧道，單層雙孔，盾構(gòu)施工，分別在東西兩端各設(shè)一座工作井，盾構(gòu)段長1260m，盾構(gòu)直徑11．3m，隧道設(shè)計(jì)車速為60km/h，僅限通行非危險(xiǎn)化學(xué)品等機(jī)動車。隧道盾構(gòu)段兩側(cè)設(shè)明挖暗埋段與道路銜接。隧道平面示意圖見圖1。

2隧道消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1消防系統(tǒng)方案分析

汽車油箱、駕駛室、行李或貨物等是城市交通隧道發(fā)生火災(zāi)的主要部位，火災(zāi)類型一般為A，B類［1］?；馂?zāi)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為:行駛中的車輛導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)均具有隨機(jī)性;因隧道密閉，火災(zāi)時(shí)升溫快，大部分火災(zāi)在起火后10min即可達(dá)到很高的溫度;火災(zāi)時(shí)，因燃燒缺氧產(chǎn)生的有毒有害氣體，可能會導(dǎo)致司乘人員窒息、死亡;隧道橫斷面小、狹長，救援人員疏散困難。結(jié)合火災(zāi)特點(diǎn)，以下對各類可用于隧道的消防系統(tǒng)進(jìn)行分析，以確定適用于城市二類隧道的合理、經(jīng)濟(jì)、可行的消防滅火系統(tǒng)。

2．1．1水成膜泡沫滅火系統(tǒng)火災(zāi)時(shí)水成膜除具有一般泡沫滅火劑的冷卻和窒息作用外，還能在燃燒體表面形成一種水膜，水膜與泡沫層共同封閉燃燒液體表面，隔絕空氣，阻止可燃液體繼續(xù)燃燒。對油類火災(zāi)，水成膜泡沫滅火系統(tǒng)能較好的控火、滅火。固定式水成膜泡沫系統(tǒng)與消火栓系統(tǒng)聯(lián)合工作，泡沫噴槍、泡沫容器、比例混合器等水成膜設(shè)施與消火栓設(shè)在同一個(gè)箱內(nèi)，水成膜用水取自消火栓，與消火栓共用消防給水干管及消防泵?；馂?zāi)時(shí)，水成膜泡沫滅火劑通過泡沫混合裝置與水混合后，輸出的泡沫混合液經(jīng)泡沫噴槍產(chǎn)生滅火泡沫，靠泡沫和保護(hù)膜雙重作用，達(dá)到快速滅火的效果，水成膜泡沫不與水混合時(shí)有效期可長達(dá)8年。固定水成膜泡沫系統(tǒng)管理簡單、操作簡便，一般司乘人員就能使用。若采用該系統(tǒng)，僅需在消火栓箱內(nèi)放入水成膜設(shè)施，通過一根DN25金屬管與消火栓連接，消防干管、消防泵、報(bào)警設(shè)施等均與消火栓共用，工程投資少、管理簡單、維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用低。隧道內(nèi)火災(zāi)多以汽車油類火災(zāi)居多，城市二類隧道內(nèi)宜設(shè)置固定式水成膜泡沫滅火系統(tǒng)，以便及時(shí)撲滅初期火災(zāi)。

2．1．2消火栓系統(tǒng)水是一種常用、廉價(jià)且經(jīng)濟(jì)的滅火劑，可用于撲滅A類火災(zāi)。水在溫度升高時(shí)，可以吸收大量的熱，能有效地降低燃燒物質(zhì)和周圍物質(zhì)的溫度，撲滅火焰、阻止燃燒。對于二類及以上隧道，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》［2］和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第二冊交通工程與附屬設(shè)施》［3］規(guī)定消火栓是必備的消防設(shè)施。故城市二類隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)消火栓系統(tǒng)，用于撲滅初期火災(zāi)，防止火災(zāi)擴(kuò)大。

2．1．3泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)是由泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)組成、噴頭為共用噴灑裝置的系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)，先噴灑一定時(shí)間的泡沫滅火，然后再噴水霧冷卻。除泡沫水噴霧閥組箱至噴頭段為泡沫系統(tǒng)與水噴霧系統(tǒng)共用外，其余部分完全獨(dú)立，泡沫系統(tǒng)和水噴霧系統(tǒng)均各自設(shè)有獨(dú)立的泡沫干管、泡沫泵及水噴霧干管、水噴霧泵，兩套系統(tǒng)的干管平行沿隧道縱向貫通，且在隧道內(nèi)成環(huán)。該系統(tǒng)需較大空間布置管道系統(tǒng)，管道多、泵多，所需投資大，且管理維修費(fèi)用高。平時(shí)泡沫干管內(nèi)充滿水成膜，須定期更換。水成膜具有腐蝕性，滴、漏及消防時(shí)有腐蝕給排水管道的風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)自動操作，需配置監(jiān)測、報(bào)警、自動響應(yīng)啟動等復(fù)雜的自控系統(tǒng)?，F(xiàn)該系統(tǒng)多用于江、湖、海等的水底隧道［4-6］，如南京長江隧道、武漢東湖隧道、揚(yáng)州瘦西湖隧道等水底隧道設(shè)置了泡沫—水噴霧消防系統(tǒng)。鑒于城市二級隧道位于城市內(nèi)，以撲滅初期火災(zāi)自救為主，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，不推薦采用此系統(tǒng)。

2．1．4水噴淋系統(tǒng)水噴淋滅火系統(tǒng)是由開式或閉式噴頭、傳動裝置、噴水管網(wǎng)、濕式報(bào)警閥等組成。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動噴淋泵噴水滅火。隧道相對封閉、空間小，初期火災(zāi)一般發(fā)生在車廂內(nèi)部、下部，在頂部噴水滅火效果不佳。在高溫火焰上噴水，不但不會撲滅火焰，還有可能使煙霧層向下移動，降低隧道內(nèi)能見度，影響現(xiàn)場人員的救援、疏散。因而城市交通隧道不建議采用此消防系統(tǒng)。

2．1．5滅火器［7］滅火器操作簡單、使用方便、滅火性能可靠，一般司乘人員就會使用，是撲滅初期小規(guī)?；馂?zāi)的重要工具?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第二冊交通工程與附屬設(shè)施》規(guī)定城市隧道需設(shè)置滅火器，并對滅火器的設(shè)置作了原則規(guī)定。磷酸銨鹽干粉滅火劑，可用于撲救除活潑金屬外的其他各類火災(zāi)，因而城市二級隧道內(nèi)推薦采用手提式磷酸銨鹽滅火器。

2．2消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于城市二類隧道位于城市內(nèi)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防隊(duì)接到報(bào)警趕赴現(xiàn)場時(shí)間短，同時(shí)根據(jù)隧道火災(zāi)特點(diǎn)，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)立足于以司乘人員可以使用滅火設(shè)施來控制、撲滅初期火災(zāi)為目的?；馂?zāi)中期或大火災(zāi)時(shí)以城市專業(yè)消防隊(duì)員和消防車為主體進(jìn)行消防。結(jié)合以上消防系統(tǒng)分析，城市二類隧道消防滅火系統(tǒng)采用固定式水成膜消防系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、滅火器三種消防系統(tǒng)組合的消防系統(tǒng)。

2．2．1固定式水成膜、消火栓消防系統(tǒng)1)系統(tǒng)設(shè)置。隧道消防水源采用城市自來水，市政供水管徑、供水壓力不能滿足隧道消防直供用水要求，需設(shè)消防加壓泵房。該隧道兩孔，消防管道沿隧道縱向鋪設(shè)，管線長，為減少管道沿程損失，以降低消防泵揚(yáng)程及節(jié)省能耗、降低部分消防管道壓力，保證消防供水安全，在東、西工作井內(nèi)各設(shè)一座消防泵房。東工作井消防泵房設(shè)消火栓泵(Q=21L/s，H=53m，N=30．0kW)2臺(互為備用)、西工作井消防泵房設(shè)消火栓泵(Q=21L/s，H=56m，N=30．0kW)2臺(互為備用)，每座消防泵房內(nèi)設(shè)穩(wěn)壓設(shè)備一套。緊鄰消防泵房各設(shè)一座有效容積300m3消防水池，儲存消火栓與水成膜一次消防最大用水量。固定式水成膜系統(tǒng)依附于消火栓系統(tǒng)取水，沿每孔隧道單側(cè)間隔45m設(shè)一座水成膜與消火栓共用的消防箱，箱內(nèi)設(shè)單閥單頭DN65消火栓2個(gè)、DN19水槍2支、30L泡沫液罐1個(gè)、泡沫噴槍、負(fù)壓式比例混合器、報(bào)警按鈕1個(gè)、水帶及報(bào)警器。自隧道兩端的工作井消防泵房內(nèi)各引出兩根DN150消防干管與隧道內(nèi)消防環(huán)狀管網(wǎng)連接。隧道內(nèi)DN150消防干管沿隧道明挖暗埋段及盾構(gòu)段管廊鋪設(shè)，敞開段埋地鋪設(shè)。消防干管在兩孔隧道貫通且在隧道兩端連接成環(huán)，消火栓通過DN65支管與隧道內(nèi)DN150消防干管連接，消防環(huán)狀管網(wǎng)每隔5個(gè)消防箱設(shè)1個(gè)檢修閥，管網(wǎng)最高點(diǎn)設(shè)排氣閥、最低點(diǎn)設(shè)排泥閥，遇隧道結(jié)構(gòu)縫處設(shè)伸縮節(jié)，消防管道采用鍍鋅鋼管。2)設(shè)計(jì)參數(shù)。固定式水成膜泡沫混合液流量不小于30L/min，射程不小于6m，泡沫混合液連續(xù)供給時(shí)間20min，水成膜泡沫滅火裝置用水量為1L/s;隧道內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量為20L/s，隧道洞口外消火栓用水量為30L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3h;最不利點(diǎn)消火栓水槍充實(shí)水柱不小于10m;消火栓栓口距車行道高度1．1m。消火栓、水成膜消防箱示意圖見圖2，消火栓、水成膜系統(tǒng)圖見圖3。

2．2．2滅火器配置在每孔隧道行車道兩側(cè)每隔50m設(shè)一只滅火器箱，交錯(cuò)布置，每只箱內(nèi)設(shè)置4具4kg裝的磷酸銨鹽滅火器，供撲滅初期火災(zāi)使用。

2．2．3工作井內(nèi)設(shè)備用房滅火系統(tǒng)工作井內(nèi)通風(fēng)機(jī)房、弱電機(jī)房、民用通信機(jī)房、變電所、消防泵房內(nèi)設(shè)氣體滅火系統(tǒng)，采用全淹沒柜式超細(xì)干粉滅火裝置，超細(xì)干粉滅火設(shè)計(jì)濃度C=0．12kg/m3，單位體積超細(xì)干粉設(shè)計(jì)量為:M=(1+δ1)CK1K2。其中，δ1=0．1，C=0．12kg/m3，K1=1．5，K2=1．1，則M=0．2178kg。根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》，工作井內(nèi)風(fēng)機(jī)房、弱電設(shè)備室、民用通信設(shè)備室、變電所及消防泵房均屬于E類火災(zāi)場所，設(shè)手提式磷酸銨鹽滅火劑;城市隧道屬于中危險(xiǎn)級，最大保護(hù)距離20m(A類)，單具滅火器最小配置滅火級別為2A，單位滅火級別最大保護(hù)面積為75m2。

3隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3．1廢水排水系統(tǒng)

1)系統(tǒng)設(shè)置。隧道內(nèi)廢水主要來源:正常情況下為沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水、雨天車輛行駛帶進(jìn)隧道內(nèi)的雨水等;在發(fā)生火災(zāi)時(shí)廢水的主要來源為消防廢水，即隧道內(nèi)水成膜廢水和消火栓消防廢水。由于消防時(shí)廢水中含有泡沫液，廢水泵房廢水須排入市政污水管網(wǎng)，經(jīng)市政污水處理廠處理后排放。根據(jù)高水高排、低水低排的原則，隧道最低點(diǎn)設(shè)廢水泵房，東、西工作井內(nèi)各設(shè)一座廢水泵房。最低點(diǎn)廢水泵房排水有兩種設(shè)計(jì)方案，方案一:最低點(diǎn)廢水泵房直接將廢水抽升出隧道，排至地面污水管網(wǎng);方案二:最低點(diǎn)廢水泵房的廢水就近排入東工作井廢水泵房，經(jīng)工作井廢水泵房轉(zhuǎn)輸至地面的污水管網(wǎng)。綜合分析，方案二較優(yōu):這樣最低點(diǎn)廢水泵房潛污泵揚(yáng)程小、能低耗、節(jié)省了工作井至地面雨水檢查井之間的壓力排水管長度。故該隧道設(shè)計(jì)采用方案二。隧道最低點(diǎn)廢水泵房內(nèi)設(shè)自動攪勻潛污泵(Q=40m3/h，H=43m，N=15kW)3臺，2用1備;東、西工作井廢水泵房內(nèi)均各設(shè)自動攪勻潛污泵(Q=40m3/h，H=28m，N=7．5kW)3臺，2用1備。廢水泵房控制方式采用集水池內(nèi)水位控制、手動啟動、控制室遠(yuǎn)程啟動。2)設(shè)計(jì)參數(shù)。盾構(gòu)段結(jié)構(gòu)滲入水為5．7m3/d，明挖段結(jié)構(gòu)滲漏水:10．0m3/d(1號)、8．5m3/d(2號)、9m3/d(3號)、6．0m3/d(4號)、消火栓與水成膜廢水21L/s。

3．2雨水排水系統(tǒng)

1)系統(tǒng)設(shè)置。雨水排水系統(tǒng)是確保隧道雨天安全運(yùn)營的保障。該隧道由敞開段、明挖暗埋段和盾構(gòu)段三部分組成，雨水排水系統(tǒng)排除的是敞開段至接線道路駝峰點(diǎn)之間的雨水，由雨水收集系統(tǒng)、雨水泵房組成。在隧道出入口各設(shè)一座雨水泵房，在暗埋段與敞開段交界處設(shè)置兩道橫截溝，攔截雨水進(jìn)入雨水泵房集水池。泵房內(nèi)設(shè)潛污泵，將雨水提升后排入雨水管網(wǎng)。在隧道出入口雨水泵房內(nèi)均各設(shè)自動攪勻潛污泵(Q=250m3/h，H=15m，N=22kW)3臺，2用1備。雨水泵房控制方式采用集水池內(nèi)水位控制、手動啟動、控制室遠(yuǎn)程啟動，所有泵的啟閉狀態(tài)均在控制室內(nèi)顯示。2)設(shè)計(jì)參數(shù)。暴雨重現(xiàn)期決定雨水設(shè)施規(guī)模、排水能力，目前關(guān)于城市交通隧道敞開段暴雨重現(xiàn)期，國內(nèi)尚無相關(guān)規(guī)范規(guī)定。GB50014—2006室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)［8］第3．2．4B條規(guī)定:特大城市內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50年～100年;GB50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［9］第14．3．1條規(guī)定:隧道洞口的雨水泵站的排水能力，應(yīng)按當(dāng)?shù)?0年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算;歐盟推薦地下鐵路/地下通道設(shè)計(jì)內(nèi)澇重現(xiàn)期為50年。綜上，為確保雨天隧道運(yùn)行安全，降低隧道積水、車陷雨水的風(fēng)險(xiǎn)，敞開段出入口宜按50年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算。雨水量計(jì)算暴雨強(qiáng)度公式:其中，i為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，mm/min;P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，年;t為降雨歷時(shí)，t=t1+t2，min;t1為地面集水時(shí)間;t2為管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間，min，t2=0。計(jì)算得:q=3．94934mm/min。隧道雨水設(shè)計(jì)流量Q=Ψ•i•F。其中，Ψ為徑流系數(shù)，Ψ=0．9;F為匯水面積，hm2。雨水泵房設(shè)計(jì)流量取雨水計(jì)算流量的1．2倍，雨水泵房集水池的有效容積取最大1臺排水泵5min～10min出水量。

4結(jié)語

城市隧道出口少、空間小、封閉性強(qiáng)，設(shè)置合理、經(jīng)濟(jì)的給排水及消防系統(tǒng)，是保障城市交通隧道安全運(yùn)營關(guān)鍵。城市二類交通隧道消防采用固定水成膜泡沫滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、滅火器的組合消防系統(tǒng)，可有效撲滅隧道內(nèi)各類初期火災(zāi)、降低火災(zāi)造成的損失。最低點(diǎn)廢水泵房的廢水通過工作井轉(zhuǎn)輸模式，能耗低，投資少;敞開段出入口雨水泵房按50年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算，雨水泵房集水池的有效容積取最大1臺排水泵5min～10min出水量。

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作者：畢秀梅 單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司