鐵路長大隧道消防設計探討

張志斌

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概述

隨著我國鐵路建設的發(fā)展，鐵路隧道越來越多，越來越長，已建成的鐵路特長隧道已達十余座［1］。若隧道內一旦發(fā)生火災，火勢控制及人員物資疏散都將極為困難，容易造成重大人員傷亡及經濟損失，甚至是極壞的政治影響。當前，國內已建成的鐵路長大隧道中，部分參照國外為數(shù)不多的類似工程設計理念及經驗做了防災救援及消防設計［2］，近年來，我國盡管已經陸續(xù)編制了一些關于鐵路長大隧道消防的規(guī)范、規(guī)程［1-3］，但仍然不完善、不具體、指導性較弱，因此，如何建成一套經濟合理、成效顯著的隧道消防設施是工程設計及科研人員面臨的極為迫切的課題。

2 鐵路長大隧道火災特點［3-5］

鐵路列車火災雖然可能發(fā)生在線路的任何地方，但長大隧道內火災最難處理且后果最為嚴重，主要有以下幾個方面的特點:(1)鐵路隧道為長條形，空間狹小，列車行駛時，車廂內換氣量比非隧道區(qū)段大數(shù)倍，火災燃燒猛烈、溫度高、爆炸頻繁、產生的熱量不易散發(fā)，容易復燃，隧道內溫度上升快且煙霧大;(2)隧道內橫斷面小、道路狹窄、可視性差，若著火列車停在隧道中心時，乘客避難和救援極為困難，從洞口到火災現(xiàn)場距離較長，救援設備和人員難以接近;(3)隧道內火災發(fā)生后，滅火、恢復整治時間較長，間接損失大;(4)隧道內火災發(fā)生概率小，且具有位置上的不確定性，在全線隧道建消防設施及監(jiān)測系統(tǒng)投入較大、難度高，因隧道內環(huán)境較差，即使建好消防設施，維護也極不方便，很難保證火災發(fā)生時能完好工作。

3 隧道消防設計新思路

3.1 高壓細水霧系統(tǒng)

長期以來，鐵路隧道消防主要采用的是設置普通消火栓或封堵降氧等措施［4］，這些方法雖然成本低，工程難度小，但并不能有效撲滅大火;水噴淋一般只能安裝在隧道上部，如果列車內部發(fā)生火災，往往無法及時抑制或撲滅。高壓細水霧系統(tǒng)具有用水量小、高效、環(huán)保等優(yōu)點，其用于長大隧道內防災救援站消防是近些年來的一種新思路。

3.1.1 高壓細水霧系統(tǒng)的滅火機理及組成［3］

高壓細水霧消火栓滅火系統(tǒng)是以水為介質，通過人工干預以噴射細水霧的形式對預先的防火區(qū)域進行滅火保護的一種消防設施。其滅火機理是:當高壓細水霧直接噴射或被卷吸進入火焰區(qū)時，由于其表面積大，吸熱較快，迅速汽化并降低氣相燃料及氧化劑的溫度，同時大量水蒸氣的存在也會降低反應區(qū)的氧氣及可燃氣體的體積分量，并有效衰減熱輻射的傳遞，從而達到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減熱輻射、洗滌煙霧和廢氣等復合作用的滅火效果。

高壓細水霧消火栓系統(tǒng)由高壓泵組、固定管網、細水霧消火栓箱等組成。細水霧消火栓箱由細水霧噴槍、高壓膠管、消火栓啟動按鈕、截止閥及連接管組成。

3.1.2 高壓細水霧系統(tǒng)的控制方式

高壓細水霧消火栓系統(tǒng)分遠程控制和應急操作2種控制方式。遠程控制程序為:控制中心得知列車著火信息后，在列車還未準確停靠救援站之前就啟動泵組系統(tǒng)，使干式管網先充水，以節(jié)省滅火時間，當列車抵達救援站滅火位置后，打開消火栓即可滅火;應急操作程序為:當自動控制與手動控制失靈時，通過操作區(qū)域控制閥的手柄，啟動系統(tǒng)滅火。

3.2 超細干粉自動滅火裝置

鐵路隧道內人員疏散口及通風、電力、電力牽引、通信、信號等設備洞室是保障隧道正常運行的重要設施，有的本身還具有一定的火災危險性，若這些設備洞室發(fā)生火災，將造成隧道內照明、風機、水泵停止正常電源供電，列車無線調度通信以及列控信息的傳送也將受到影響。由于設備洞室平時無人值守，為了早期發(fā)現(xiàn)火災，及早通知隧道內外的人員采取疏散和救援行動，隧道內重要設備洞室應設置自動滅火裝置，同時配備手提式滅火器。常規(guī)氣體滅火一般只能用于密閉的條件下，而自動超細干粉滅火裝置能用于非密封空間，且無管路、無線路，安裝使用方便，只需將滅火裝置懸掛固定于保護物上方就能有效地發(fā)揮撲救火災的作用，安裝過程中對被保護設備無影響。

3.2.1 超細干粉自動滅火裝置的滅火機理［6］

自動超細干粉滅火裝置內充裝的滅火劑由具有滅火效能的無機鹽和少量的添加劑經干燥、粉碎、混合而成微細固體粉末組成。自動超細干粉滅火裝置滅火形式為局部全淹沒式，主要通過在加壓氣體作用下噴出的粉霧與火焰接觸、混合時發(fā)生物理、化學反應而達到滅火的目的，其滅火機理主要有3個方面:(1)超細干粉中的無機鹽揮發(fā)性分解物與燃燒過程中燃料所產生的自由基或活性基團發(fā)生化學抑制和副催化作用，使燃燒的鏈反應中斷而滅火;(2)超細干粉的粉末落在可燃物表面外，發(fā)生化學反應，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層，從而隔絕氧，進而窒息滅火;(3)濃云般的超細粉沫與火焰相混合時，分解吸熱反應，可吸收火焰的部分熱量，具有稀釋氧和冷卻作用。

3.2.2 超細干粉自動滅火裝置的組成及配置

超細干粉自動滅火裝置由滅火劑貯存容器、啟動釋放組件、壓力表、懸掛支架(座)等組成。每具滅火裝置同時具有兩種啟動功能:即熱啟動和定溫啟動。

4 典型工程設計實例

4.1 武廣高速鐵路瀏陽河隧道［7］

4.1.1 工程概況

武廣高速鐵路瀏陽河隧道是我國已經建成的第一座穿越大江、大河單洞雙線鐵路隧道，也是迄今為止國內建設標準最高的鐵路越江隧道［8］。隧道起訖里程分別為DIIK1560+785和DIIK1570+720，包括進口明挖暗埋段1 489 m、暗挖段7 416 m和出口明挖暗埋段1 020 m，全長9 935 m。隧道采用V字形縱坡下穿瀏陽河，隧道最低點距離河床最低點約45 m。

4.1.2 主要設計原則

(1)隧道內防災和救援設計應按“以防為主，以消為輔，防消結合，立足自救”的原則進行，充分體現(xiàn)“以人為本”的理念［9］，采取安全可靠，經濟合理、維修方便的防火措施和消防手段;(2)隧道內同一時間內發(fā)生火災次數(shù)按1處考慮;(3)隧道緊急救援站采用高壓細水霧消火栓系統(tǒng)定點消防，在救援站范圍內任何地方著火均按2節(jié)車廂同時發(fā)生火災進行保護;(4)隧道內部分設備洞室設超細干粉自動滅火裝置，在隧道內設施處設置手提式干粉滅火器。

4.1.3 防災救援站定點消防

隧道中心設防災救援站1處，長550 m，并配套設置疏散通道，詳見圖1。

隧道消防救援站范圍內高壓細水霧消火栓箱設置間距為25 m，鐵路上下行側各設23組，共46組，消火栓箱內設單栓，單栓流量為32 L/min，并配25 m高壓膠管2盤，噴槍2只。消防水源采用隧道內結構滲水，經鋼絲網骨架增強PE管引至消防水箱，水箱容積按持續(xù)噴霧時間2 h設計，容積為15 m3，高壓泵組從消防水箱內吸水，引出2根DN32不銹鋼消防管道至各細水霧消火栓，一次滅火可同時啟用3支消火栓水槍。高壓泵組包括3臺高壓柱塞泵(2用1備)，2臺穩(wěn)壓泵(1用1備)，2臺補水泵(1用1備)，高壓泵組主要技術參數(shù)為 Q=100 L/min，P=14 MPa，N=30 kW，穩(wěn)壓泵主要技術參數(shù)為 Q=11.8 L/min，P=1.4 MPa，N=0.55 kW，補水泵主要技術參數(shù)為Q=10 m3/h，H=40 m，N=3 kW。消防平面設計見圖2。

為了防止隧道內可能發(fā)生的A、B、E類火災，在隧道兩側救援通道旁每隔25 m設置滅火器箱1組，全線共46組，箱內設MFZL6型磷酸銨鹽干粉滅火器2具［10］，以供撲滅初期火災時使用。

4.1.4 設備洞室消防設計

瀏陽河隧道共設置3座電力供電箱變洞室，38座普通綜合設備洞室，洞室內消防采用超細干粉自動滅火裝置。電力供電箱變洞室空間為118 m3，超細干粉滅火劑的設計濃度為0.12 kg/m3，配置場所危險等級補償系數(shù)取1.2，防護區(qū)不密封度補償系數(shù)取1.1，所需滅火劑用量 Q=118 m3×0.12 kg/m3×1.2 ×1.1=18.69 kg，加上滅火裝置滅火劑剩余量(剩余率≤5%，按5%取值)，所需滅火劑總量為19.62 kg，因此，采用4具5 kg滅火裝置;其他綜合洞室的空間為50 m3，同理可計算出所需滅火劑總量為7.9 kg，采用2具5 kg滅火裝置。

3座電力供電箱變洞室及其他38座綜合洞室各設置3具4.0 kg的ABC干粉滅火器，共設123具。

4.2 蒙西至華中煤運鐵路崤山隧道［11］

4.2.1 工程概況

蒙西至華中煤運鐵路是我國“十二五”規(guī)劃重點建設項目，崤山隧道是全線最長的隧道，也是國內特長山嶺隧道之一，屬于本項目的控制性工程，隧道為雙洞單線，左線全長22 759 m，右線全長22 764 m。

崤山隧道在中心處設緊急救援站1處，主要由人員疏散設施和消防設施組成，具有人員疏散和火災撲救功能。人員疏散設施包括2座隧道間的連接橫通道、疏散救援平臺等，詳見圖3。

圖3 崤山隧道救援站地下結構示意

4.2.2 隧道消防設計

蒙西至華中煤運鐵路屬于客貨共線鐵路，隧道內防災救援站及設備洞室的消防方式同武廣高速鐵路瀏陽河隧道相同，不同之處主要為隧道洞口設置了普通消火栓系統(tǒng)。

列車在隧道內發(fā)生火災時，凡能繼續(xù)運行、均應遵循“先將列車拉出洞外再進行列車解體及火車事故處理”的基本原則［2］。在本隧道兩側洞口設置了高位水池及消火栓，提供列車拖出洞口后火災持續(xù)時間內所需要的降溫、冷卻水量，并能保證消火栓所需的充實水柱，也可以保護滅火人員的安全。消防用水量取20 L/s，火災持續(xù)時間取4 h，消防水池容積應至少為288 m3，設計取300 m3，在線路兩側各設置地上式消火栓1 座［12］。

5 結論

(1)鐵路長大隧道中心設置的防災救援站適宜采用高壓細水霧滅火系統(tǒng)，其用水量小、高效、環(huán)保，對隧道消防具有很強的針對性。

(2)鐵路長大隧道內綜合設備洞室采用超細干粉自動滅火裝置并配備ABC干粉滅火器，具有高效、經濟、安裝維修方便等優(yōu)點，值得推廣。

(3)由于目前國內只有部分省份發(fā)布了關于高壓細水霧的地方標準，且未對設計參數(shù)選取、控制方式等作相應的規(guī)定，超細干粉自動滅火裝置運用于鐵路隧道洞室消防也尚處于開始階段，因此，武廣高速鐵路瀏陽河隧道及蒙西至華中煤運鐵路崤山隧道的消防系統(tǒng)的驗收和使用，可供類似工程設計借鑒，并將對《鐵路工程設計防火規(guī)范》修編提供參考。

［1］鐵道第三勘察設計院集團有限公司.TB10020—2012 鐵路隧道防災救援疏散工程設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

［2］鐵道第三勘察設計院集團有限公司.TB10063—2007 鐵路工程設計防火規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］中華人民共和國公安部，GB50898—2013 細水霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2013.

［4］吳國華，張劍，李勇，等.高壓細水霧消火栓滅火系統(tǒng)在鐵路特長隧道消防中的應用［J］.鐵道標準設計，2009(9):85-87.

［5］史先偉.山區(qū)客運專線的防災救援及安全疏散方案［J］.鐵道標準設計，2011(8):75-79，84.

［6］吳國華，李勇.超細干粉在客運專線鐵路隧道設備洞室消防中的設計探討［J］.鐵道標準設計，2009(8):86-88.

［7］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.武廣客運專線瀏陽河隧道防災救援施工設計文件［Z］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013.

［8］孟江，黃盾.武廣鐵路客運專線瀏陽河隧道消防系統(tǒng)設計有關問題探討［J］.鐵道建筑，2010(1):133-136.

［9］孫海富.石太鐵路客運專線太行山、南梁長大隧道防災救援設計研究［J］.鐵道標準設計，2009(11):93-96.

［10］中華人民共和國公安部.GB50140—2005 建筑滅火器配置設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2005.

［11］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.蒙西至華中煤運通道初步設計文件［Z］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013.

［12］中華人民共和國公安部.GB50016—2006 建筑設計防火規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.