城市二類交通隧道排水消防系統設計
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摘要:通過對比分析各消防系統，結合城市交通隧道設計案例，得出城市二類隧道內消防系統采用固定式水成膜消防系統、消火栓系統、滅火器三種消防滅火系統組合的消防系統，工作井設備用房設氣體滅火系統及滅火器，并闡述了消防系統設計參數。對隧道排水系統進行了探討，提出了最低點廢水泵房廢水通過工作井廢水泵房轉輸的方案，分析歸納了雨水泵房設計參數。
引言
在快速發展的經濟帶動下，我國城市隧道交通工程也突飛猛進。但與之配套的給排水、消防系統的設計，國內尚無具體的規范規定。關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，設計合理、經濟、完善的排水及消防系統對隧道交通運營至關重要。筆者結合某城市交通隧道設計案例，對城市二類交通隧道排水及消防系統方案、關鍵參數進行探討。
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，盾構施工，分別在東西兩端各設一座工作井，盾構段長1260m，盾構直徑11．3m，隧道設計車速為60km/h，僅限通行非危險化學品等機動車。隧道盾構段兩側設明挖暗埋段與道路銜接。隧道平面示意圖見圖1。
2隧道消防系統設計
2．1消防系統方案分析
汽車油箱、駕駛室、行李或貨物等是城市交通隧道發生火災的主要部位，火災類型一般為A，B類［1］。火災特點主要表現為:行駛中的車輛導致火災發生的時間和地點均具有隨機性;因隧道密閉，火災時升溫快，大部分火災在起火后10min即可達到很高的溫度;火災時，因燃燒缺氧產生的有毒有害氣體，可能會導致司乘人員窒息、死亡;隧道橫斷面小、狹長，救援人員疏散困難。結合火災特點，以下對各類可用于隧道的消防系統進行分析，以確定適用于城市二類隧道的合理、經濟、可行的消防滅火系統。
2．1．1水成膜泡沫滅火系統火災時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，阻止可燃液體繼續燃燒。對油類火災，水成膜泡沫滅火系統能較好的控火、滅火。固定式水成膜泡沫系統與消火栓系統聯合工作，泡沫噴槍、泡沫容器、比例混合器等水成膜設施與消火栓設在同一個箱內，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。火災時，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泡沫噴槍產生滅火泡沫，靠泡沫和保護膜雙重作用，達到快速滅火的效果，水成膜泡沫不與水混合時有效期可長達8年。固定水成膜泡沫系統管理簡單、操作簡便，一般司乘人員就能使用。若采用該系統，僅需在消火栓箱內放入水成膜設施，通過一根DN25金屬管與消火栓連接，消防干管、消防泵、報警設施等均與消火栓共用，工程投資少、管理簡單、維護運行費用低。隧道內火災多以汽車油類火災居多，城市二類隧道內宜設置固定式水成膜泡沫滅火系統，以便及時撲滅初期火災。
2．1．2消火栓系統水是一種常用、廉價且經濟的滅火劑，可用于撲滅A類火災。水在溫度升高時，可以吸收大量的熱，能有效地降低燃燒物質和周圍物質的溫度，撲滅火焰、阻止燃燒。對于二類及以上隧道，《建筑設計防火規范》［2］和《公路隧道設計規范第二冊交通工程與附屬設施》［3］規定消火栓是必備的消防設施。故城市二類隧道內應設消火栓系統，用于撲滅初期火災，防止火災擴大。
2．1．3泡沫—水噴霧消防系統泡沫—水噴霧消防系統是由泡沫系統和水噴霧系統組成、噴頭為共用噴灑裝置的系統，火災時，先噴灑一定時間的泡沫滅火，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與水噴霧系統共用外，其余部分完全獨立，泡沫系統和水噴霧系統均各自設有獨立的泡沫干管、泡沫泵及水噴霧干管、水噴霧泵，兩套系統的干管平行沿隧道縱向貫通，且在隧道內成環。該系統需較大空間布置管道系統，管道多、泵多，所需投資大，且管理維修費用高。平時泡沫干管內充滿水成膜，須定期更換。水成膜具有腐蝕性，滴、漏及消防時有腐蝕給排水管道的風險。該系統自動操作，需配置監測、報警、自動響應啟動等復雜的自控系統。現該系統多用于江、湖、海等的水底隧道［4-6］，如南京長江隧道、武漢東湖隧道、揚州瘦西湖隧道等水底隧道設置了泡沫—水噴霧消防系統。鑒于城市二級隧道位于城市內，以撲滅初期火災自救為主，同時考慮經濟性，不推薦采用此系統。
2．1．4水噴淋系統水噴淋滅火系統是由開式或閉式噴頭、傳動裝置、噴水管網、濕式報警閥等組成。發生火災時，啟動噴淋泵噴水滅火。隧道相對封閉、空間小，初期火災一般發生在車廂內部、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，降低隧道內能見度，影響現場人員的救援、疏散。因而城市交通隧道不建議采用此消防系統。
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，是撲滅初期小規模火災的重要工具。《建筑設計防火規范》《公路隧道設計規范第二冊交通工程與附屬設施》規定城市隧道需設置滅火器，并對滅火器的設置作了原則規定。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，因而城市二級隧道內推薦采用手提式磷酸銨鹽滅火器。
2．2消防系統設計
由于城市二類隧道位于城市內，發生火災時消防隊接到報警趕赴現場時間短，同時根據隧道火災特點，消防系統設計立足于以司乘人員可以使用滅火設施來控制、撲滅初期火災為目的。火災中期或大火災時以城市專業消防隊員和消防車為主體進行消防。結合以上消防系統分析，城市二類隧道消防滅火系統采用固定式水成膜消防系統、消火栓系統、滅火器三種消防系統組合的消防系統。
2．2．1固定式水成膜、消火栓消防系統1)系統設置。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，需設消防加壓泵房。該隧道兩孔，消防管道沿隧道縱向鋪設，管線長，為減少管道沿程損失，以降低消防泵揚程及節省能耗、降低部分消防管道壓力，保證消防供水安全，在東、西工作井內各設一座消防泵房。東工作井消防泵房設消火栓泵(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)，每座消防泵房內設穩壓設備一套。緊鄰消防泵房各設一座有效容積300m3消防水池，儲存消火栓與水成膜一次消防最大用水量。固定式水成膜系統依附于消火栓系統取水，沿每孔隧道單側間隔45m設一座水成膜與消火栓共用的消防箱，箱內設單閥單頭DN65消火栓2個、DN19水槍2支、30L泡沫液罐1個、泡沫噴槍、負壓式比例混合器、報警按鈕1個、水帶及報警器。自隧道兩端的工作井消防泵房內各引出兩根DN150消防干管與隧道內消防環狀管網連接。隧道內DN150消防干管沿隧道明挖暗埋段及盾構段管廊鋪設，敞開段埋地鋪設。消防干管在兩孔隧道貫通且在隧道兩端連接成環，消火栓通過DN65支管與隧道內DN150消防干管連接，消防環狀管網每隔5個消防箱設1個檢修閥，管網最高點設排氣閥、最低點設排泥閥，遇隧道結構縫處設伸縮節，消防管道采用鍍鋅鋼管。2)設計參數。固定式水成膜泡沫混合液流量不小于30L/min，射程不小于6m，泡沫混合液連續供給時間20min，水成膜泡沫滅火裝置用水量為1L/s;隧道內消火栓系統用水量為20L/s，隧道洞口外消火栓用水量為30L/s，火災延續時間3h;最不利點消火栓水槍充實水柱不小于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、水成膜系統圖見圖3。
2．2．2滅火器配置在每孔隧道行車道兩側每隔50m設一只滅火器箱，交錯布置，每只箱內設置4具4kg裝的磷酸銨鹽滅火器，供撲滅初期火災使用。
2．2．3工作井內設備用房滅火系統工作井內通風機房、弱電機房、民用通信機房、變電所、消防泵房內設氣體滅火系統，采用全淹沒柜式超細干粉滅火裝置，超細干粉滅火設計濃度C=0．12kg/m3，單位體積超細干粉設計量為: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《建筑滅火器配置設計規范》，工作井內風機房、弱電設備室、民用通信設備室、變電所及消防泵房均屬于E類火災場所，設手提式磷酸銨鹽滅火劑;城市隧道屬于中危險級，最大保護距離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面積為75m2。
3隧道排水系統設計
3．1廢水排水系統
1)系統設置。隧道內廢水主要來源:正常情況下為沖洗廢水、結構滲漏水、雨天車輛行駛帶進隧道內的雨水等;在發生火災時廢水的主要來源為消防廢水，即隧道內水成膜廢水和消火栓消防廢水。由于消防時廢水中含有泡沫液，廢水泵房廢水須排入市政污水管網，經市政污水處理廠處理后排放。根據高水高排、低水低排的原則，隧道最低點設廢水泵房，東、西工作井內各設一座廢水泵房。最低點廢水泵房排水有兩種設計方案，方案一:最低點廢水泵房直接將廢水抽升出隧道，排至地面污水管網;方案二:最低點廢水泵房的廢水就近排入東工作井廢水泵房，經工作井廢水泵房轉輸至地面的污水管網。綜合分析，方案二較優:這樣最低點廢水泵房潛污泵揚程小、能低耗、節省了工作井至地面雨水檢查井之間的壓力排水管長度。故該隧道設計采用方案二。隧道最低點廢水泵房內設自動攪勻潛污泵(Q=40m3/h，H=43m，N=15kW)3臺，2用1備;東、西工作井廢水泵房內均各設自動攪勻潛污泵(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水位控制、手動啟動、控制室遠程啟動。2)設計參數。盾構段結構滲入水為5．7m3/d，明挖段結構滲漏水: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
1)系統設置。雨水排水系統是確保隧道雨天安全運營的保障。該隧道由敞開段、明挖暗埋段和盾構段三部分組成，雨水排水系統排除的是敞開段至接線道路駝峰點之間的雨水，由雨水收集系統、雨水泵房組成。在隧道出入口各設一座雨水泵房，在暗埋段與敞開段交界處設置兩道橫截溝，攔截雨水進入雨水泵房集水池。泵房內設潛污泵，將雨水提升后排入雨水管網。在隧道出入口雨水泵房內均各設自動攪勻潛污泵(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水位控制、手動啟動、控制室遠程啟動，所有泵的啟閉狀態均在控制室內顯示。2)設計參數。暴雨重現期決定雨水設施規模、排水能力，目前關于城市交通隧道敞開段暴雨重現期，國內尚無相關規范規定。GB50014—2006室外排水設計規范(2016年版)［8］第3．2．4B條規定:特大城市內澇防治設計重現期為50年～100年;GB50157—2013地鐵設計規范［9］第14．3．1條規定:隧道洞口的雨水泵站的排水能力，應按當地50年一遇的暴雨強度計算;歐盟推薦地下鐵路/地下通道設計內澇重現期為50年。綜上，為確保雨天隧道運行安全，降低隧道積水、車陷雨水的風險，敞開段出入口宜按50年一遇的暴雨強度計算。雨水量計算暴雨強度公式:其中，i為設計暴雨強度，mm/min;P為設計重現期，年;t為降雨歷時，t=t1+t2，min;t1為地面集水時間;t2為管渠內雨水流行時間，min，t2=0。計算得:q=3．94934mm/min。隧道雨水設計流量Q=Ψ•i•F。其中，Ψ為徑流系數，Ψ=0．9;F為匯水面積，hm2。雨水泵房設計流量取雨水計算流量的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結語
城市隧道出口少、空間小、封閉性強，設置合理、經濟的給排水及消防系統，是保障城市交通隧道安全運營關鍵。城市二類交通隧道消防采用固定水成膜泡沫滅火系統、消火栓系統、滅火器的組合消防系統，可有效撲滅隧道內各類初期火災、降低火災造成的損失。最低點廢水泵房的廢水通過工作井轉輸模式，能耗低，投資少;敞開段出入口雨水泵房按50年一遇的暴雨強度計算，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。
參考文獻:
［1］周湧．對城市道路消防系統設施配置的探討［J］．給水排水，2008(1):46-49．
［2］GB50016—2014，建筑設計防火規范［S］．
［3］JTGD70/2—2014，公路隧道設計規范第二冊交通工程與附屬設施［S］．
［4］屠怡倩．珠海橫琴馬騮洲水下隧道消防及排水系統設計［J］．上海建設科技，2014(4):7-9．
［5］周金忠．青島膠州灣海下城市道路隧道消防設計思路介紹［J］．給水排水，2013(3):64-67．
［6］馬申易．上海上中路越江隧道給排水及消防設計探討［J］．地下工程與隧道，2013(2):37-39．
［7］GB50140—2005，建筑滅火器配置設計規范［S］．
［8］GB50157—2006，室外排水設計規范［S］．
［9］GB50157—2013，地鐵設計規范［S］．
作者：畢秀梅 單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司
