武廣鐵路客運專線大瑤山隧道群消防設計

王松林，王 婷，孟 江

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063;2.同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092)

武廣鐵路客運專線大瑤山隧道群消防設計

王松林1，王 婷2，孟 江1

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063;2.同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092)

針對目前鐵路客運專線長大隧道的消防未有規范規定，通過對武廣鐵路客運專線大瑤山隧道群消防設計，重點從長大隧道消防系統的組成、系統的布置、設計參數選取、設備選型及控制等方面進行論述，提出長度在5 km及以上的客運專線隧道設備洞室采用脈沖式無管網超細干粉自動滅火系統，對未設防護門的設備洞室通過2組延時自動滅火裝置分級滅火;對長度大于10 km的特長客運專線隧道增設水消防系統進行定點消防，可供高速鐵路長大隧道消防工程設計借鑒。

高速鐵路;長大隧道;消防系統;設計

我國鐵路客運專線的長大隧道在不斷增加，僅特長隧道目前就建成了10余座，在建的特長隧道則達數十座，這些長大隧道的建設縮短了鐵路運行里程和運行時間，給人們出行提供了快捷方便，但作為鐵路運輸的咽喉要道，一旦發生火災將對隧道和生命安全產生巨大的威脅。鐵路客運專線長大隧道的消防一直是鐵路消防的重點，但國內現行規范未有相關規定，結合武廣客運專線大瑤山隧道群的消防設計進行探討。

1 項目概況

武廣鐵路客運專線全長1 068.6 km，設計時速350 km，是我國鐵路“四縱四橫”快速客運網主要組成部分，也是我國首條超千公里級長大高速鐵路干線，項目于2005年6月開工，2009年12月26日開通運營。

位于廣東省境內的大瑤山隧道群，起訖里程為DK1908+264～DK1932+966.5，包含三隧兩橋及小段路基，全長24.7025 km。其中3座隧道分別為:(1)大瑤山一號隧道，長10.081 km，起訖里程DK1908+264～DK1918+345;(2)大瑤山二號隧道，長6.02553 km，起訖里程DK1918+515.07～DK1924+540.6;(3)大瑤山三號隧道，長8.3876 km，起訖里程DK1924+578.9～DK1932+966.5。大瑤山一號和二號隧道之間設有長12.65m路基段及1座長157.4m黃土灣大橋。在里程DK1917+800～DK1918+993間設置防災救援的“定點”段，定點段縱坡為“V”形，其中 DK1917+800～DK1918+400為3.1‰下坡，其余長度段為3‰上坡。大瑤山二號和三號隧道之間為長38.3m的湮眺中橋。

大瑤山隧道群采用單洞雙線隧道，隧道凈空斷面為單心圓形式，軌面以上凈空面積100m2，隧道兩側設置貫通的疏散通道，凈空斷面見圖1。隧道襯砌結構采用C30混凝土或C35鋼筋混凝土，耐火極限2 h。

圖1 隧道內輪廓示意(單位:cm)

在大瑤山隧道群中設有99座設備洞室，其中電力變壓器洞室5座，其他綜合洞室(通風、通信、信號、電力等設備洞室)94座。這些設備洞室分布在隧道群內垂直線路方向，設備洞室有兩種斷面形式，具體尺寸見表1。

表1 大瑤山隧道群設備洞室有關設計數據一覽

設備洞室防護門凈高2.5m，凈開度2.4m，日常為常閉，檢修時手動打開。防護門防爆載荷不小于0.05MPa，防火極限不小于3 h。

2 客運專線隧道火災的類型及特點

2.1 客運專線隧道火災類型

客運專線隧道火災原因一般分為3類:機車車輛故障火災、電氣設備故障火災、人為事件火災;其中電氣設備故障火災分為設備洞室的電氣火災和車體的電氣火災。

2.2 客運專線隧道火災的特點

客運專線隧道為管狀結構，一旦發生火災，所造成的危害及損失大大高于地面，其火災特點如下:(1)客運專線隧道一般位于崇山峻嶺之中，隧道及設備洞室無人值守，火災突發性強，難以及時發現火情并滅火;(2)火災傳播速度快，列車在隧道中高速行駛，有很大的活塞風效應，火災蔓延迅速;(3)隧道空間相對封閉，斷面小，與外界連接通道少，隧道中發生火災時，排煙困難，能見度低，容易造成人員窒息死亡;(4)隧道狹長，疏散困難，發生火災時，易造成群死群傷;(5)救援困難，一旦發生火災，消防人員很難接近火源進行撲救;(6)設有防護門的設備洞室火災屬于相對密閉空間火災，會造成停電和通信信號中斷，可能造成列車火災。未設防護門設備洞室的火災，會造成火災蔓延，危及列車;(7)由于隧道內的列車處于運動狀態，隧道火災位置具有不確定性，外部救援人員和設備也很難進入隧道進行撲救;(8)列車在隧道內發生火災后，滅火、恢復整治時間長，間接損失大;(9)產生重大社會負面影響。

3 消防系統的選擇

3.1 消防設計難點

(1)隧道已開通運行，大部分設備洞室未裝防護門，不利于防火分區及消防防護。

(2)隧道群由3座5 km以上的隧道組成，隧道間的間距小，隧道長大密集，且設備洞室多達99座。

(3)客運專線隧道空間狹小，對外出口少，電力牽引，列車時速高。

(4)著火列車停在隧道內時，火災燃燒產生的大量有毒濃煙，能見度低，易引起恐懼，撲火難度大。

(5)隧道為單洞雙線隧道，中間無隔墻;火災發生時一旦出現車輛脫軌等狀況無法駛出隧道，人員需要在隧道內步行疏散，救援通道窄，人員密度高，會出現人員橫穿軌道，利用相鄰軌行區進行疏散等現象，易造成疏散危險。

(6)隧道設備洞室未裝防護門，洞室火災因活塞風效應易造成火災擴散，常規消防方式難以撲滅未裝防護門的洞室火災。

(7)隧道滅火設備固定難度大，消防設施日常維護保養及檢修困難。

(8)鐵路已開通運營，消防設施的施工時間只能在夜間列車停運時段進行。

3.2 消防設計原則

(1)隧道內列車火災遵循“先將列車拉出洞外再進行列車滅火”的基本原則，隧道內只考慮設備洞室的消防。

(2)在大瑤山一、二號隧道間170 m路基和橋上設消防救援點，救援點采用定點消防。

(3)救援點按170 m長范圍內任意一節車廂滅火，其相鄰車廂同時采取降溫防護。

(4)設備洞室消防在現有條件下進行，防火設計方案應保證列車正常運行和行車安全。

(5)設備洞室采用各自獨立的自動滅火系統，按每座洞室作為一個滅火單元。

(6)設有防護門設備洞室的自動滅火系統按同時啟動設計，未設有防護門設備洞室的自動滅火系統按分級延時啟動方式設計。

(7)救援點及設備洞室按規范配置手提式滅火器。

3.3 消防方式確定

長大隧道的消防一般不設消火栓系統，主要原因有:消火栓系統工程投資大，維護費用高(北方地區須考慮管道保溫)，長期不用銹蝕嚴重。失火后洞內含氧量低，可見度差，溫度高，消防人員可能無法準確、及時到達失火點，洞內的消防設施可能起不到應有的作用。另外，客運專線為電力牽引，失火后須斷電消防。

作為客貨共線的貨運列車在長大隧道內失火后，一般采用封堵洞口滅火，并采取向火災區注水降溫等措施。作為客運專線長大隧道，視著火點的不同所采用的滅火方式也不同;對隧道設備洞室的電氣火災，采取自動滅火系統進行滅火;對客車在隧道內的火災，采取疏散著火車廂乘客至相鄰其他車廂，隨后封閉該節車廂，將列車拉到隧道外的防災救援的“定點”段，采用定點消防。

根據上述原則，對99座設備洞室的消防擬設置2個子消防系統，即自動滅火系統和滅火器系統;對失火客車將其拉到防災救援段，采用定點消防。

3.3.1 定點消防方式的確定

自古以來，在消防上應用最廣泛的滅火劑就是水。雖然現代科學技術日新月異，各種人工合成滅火劑層出不窮，但水仍以其適用性強、可靠性高、滅火效果好、對環境污染小，并且價格低廉，容易獲得等優點，常作為滅火介質的首選。而在有給水管網設施的場所，消火栓系統是現代撲救火災最基本的人工滅火手段，所以本工程定點消防采用消火栓系統。

3.3.2 隧道設備洞室自動滅火方式確定

針對隧道群設備洞室的電氣火災，目前較為有效和應用較多的是氣體滅火系統、超細干粉滅火系統和細水霧滅火系統。

(1)氣體滅火系統

氣體滅火系統通常包含七氟丙烷滅火系統、二氧化碳滅火系統、惰性氣體滅火劑等。

①七氟丙烷滅火劑屬于化學滅火，有較好的滅火效率，但由于該滅火劑本身含有鹵元素，在空氣中存在時間約為15～20年，另外在火災現場產生大量的氟化氫氣體，與氣態水結合，形成氫氟酸，對皮膚、設備、精密儀器、玻璃等有強烈的酸腐。加之，七氟丙烷滅火需要專用的儲氣瓶間和管網系統。

②二氧化碳滅火系統可撲救A、B、C類火災，在高濃度下還可撲救固態深位火災，滅火時不污染環境，對保護區不產生腐蝕和破壞作用，但在實際應用中通常采用高壓液化儲存的高壓系統和低溫儲存的低壓系統。高壓儲存，需要的瓶組數目多，占地面積大，對儲存環境溫度要求較嚴格。低壓系統需要外設制冷設備，造價高，對運輸管道也要求嚴格。

(2)高壓細水霧滅火系統

高壓細水霧滅火系統要求的系統壓力高，對管材、管道配件及水泵的工作壓力要求相應提高，系統復雜、造價較高，設備洞室分布在大瑤山隧道群，涉及水源、供電等具體問題，難以在已開通運營的鐵路隧道中實施。

(3)超細干粉滅火系統

超細干粉滅火劑粒徑小，流動性好，有良好抗復燃性、彌散性和電絕緣性，可有效地撲救A、B、C類火災和帶電設備火災;既能應用于相對封閉空間全淹沒滅火，也可用于開放場所局部保護滅火;對保護物無腐蝕、無毒無害、易于清理，不存在水系、泡沫等滅火劑因水漬污染造成的二次災害;對大氣臭氧層耗減潛能值(ODP)為零，溫室效應潛能值(GWP)為零，是一種環保型滅火劑。該滅火系統的滅火效率和性價比高，滅火效率是哈龍滅火劑的4倍、“哈龍”替代產品滅火劑的7倍，而造價卻不足“哈龍”系統的1/4，FM200和CO2系統的1/5。同時超細干粉滅火系統還具有無管網、施工簡單等優點，不涉及對既有電氣設備的改動，是鐵路隧道洞室滅火中較為理想的滅火劑。所以本工程設備洞室推薦采用超細干粉滅火系統。

因非貯壓式超細干粉滅火裝置是常態常壓，沒有壓力泄漏的隱患，對滅火裝置部分基本是免維護，所以本工程采用非貯壓脈沖式無管網超細干粉滅火系統。

4 消防系統設計

4.1 隧道外定點消防系統

4.1.1 主要設計參數

(1)同一時間內發生火災數按一處考慮。

(2)消防秒流量15 L/s;

(3)水槍充實水柱不小于10m;

(4)火災延續時間2 h;

(5)消火栓間距50m。

4.1.2 設計內容

定點消防設計范圍為大瑤山隧道一、二號間“V”形長170m(DK 1 918+345～DK 1 918+515)區段，設常高壓消火栓系統，水源為山泉水，將泉水截流至沉砂井，再經管道重力流引至150m3高位消防水池，然后通過DN150涂塑鋼管與定點范圍的消火栓連通，消防水池最低水位高出定點處的軌頂面約37 m。定點范圍設有6座DN65mm雙閥雙出口消火栓，對稱分布在鐵路兩側。消防流量按兩股水流同時到救援點任何部位，同時還有1支水槍用于相鄰車輛的安全防護，故消防用水量為15 L/s。

在大瑤山二號北要害看守房附近的消防器材間內，配備1個消防防護裝備箱(內置20套消防防護裝備)及4個消火栓滅火器箱(內置DN65，25 m水帶2條，QZ19水槍2支，磷酸銨鹽干粉滅火器4具)。

4.2 隧道內設備洞室消防系統設計

4.2.1 自動滅火系統

(1)組成

超細干粉自動滅火裝置由殼體、氣體噴發劑盒、鋁箔噴口、引發器等組成。該裝置在火災發生后，無需外部消防報警設備，能自發啟動。

(2)主要技術指標

①設計滅火濃度:0.13 kg/m3;②配置場所危險等級補償系數:1.1;③防護區不密封度補償系數:1.3;④超細干粉滅火劑噴射不均勻系數:1.5;⑤噴射時間:≤10 s;⑥滅火時間:≤20 s;⑦啟動溫度:68℃，兩組間啟動的延時間隔10 s;⑧使用環境溫度:－40～+85℃;⑨相對濕度:95%(40±2℃)。

(3)自動滅火系統設計

大瑤山隧道群共設99座設備洞室，洞室體積有50m3(只有一座設有防護門)和118m3(設有防護門)兩種規格，設備洞室均采用懸掛式無管網全淹沒超細干粉自動滅火系統，在電氣設備中安裝溫度傳感器感溫探測，24 V電壓與懸掛式超細干粉滅火裝置連接，探測溫度準確，不受外界干擾，能實現聯動。通過電引發附帶定溫啟動，獨立報警信號自動電控啟動多臺聯動超細干粉滅火裝置。采用發射火藥作為氣體發生劑，脈沖噴射。

客運專線隧道未設防護門的設備洞室在鐵路客運專線隧道消防設計中無先例，是本消防設計的重點。這類設備洞室的電氣火災按最不利點情況考慮，滅火裝置在探測到火災啟動時，滅火劑剛噴出，恰好有一列300 km/h列車經過，在±5.5 kPa列車活塞風作用下，洞室滅火劑少部分被抽出，影響滅火效果，此時需等列車通過后，重新啟動另一組滅火裝置重新滅火。列車經過洞室的時間3.6～5 s，設定第二批次滅火裝置啟動延時為10 s，通過2組延時自動滅火裝置來實現滅火。設有防護門的設備洞室采用1組自動滅火裝置。

根據設備洞室的大小，配置不同劑量的超細干粉。對體積為118m3的設備洞室沿三面墻體中間離地3m高處，各懸掛1具超細干粉自動滅火裝置;對體積為50m3的未設防護門的設備洞室沿放置設備側的墻面距地面1.8m高處等距離懸掛2具超細干粉自動滅火裝置，在設備對側墻體中間離地1.8m高處懸掛1具超細干粉自動滅火裝置;對體積為50m3的設有防護門的設備洞室沿放置設備側和對側墻體中間距地面1.8m高處各懸掛1具超細干粉自動滅火裝置。具體配置如下:①5座箱式變電站洞室，每座配備3具5 kg懸掛式超細干粉自動滅火裝置;②設有防護門綜合洞室配備2具4 kg懸掛式超細干粉自動滅火裝置;③未設防護門綜合洞室，每座洞室配備3具4 kg懸掛式超細干粉自動滅火裝置，滅火裝置設有延時啟動器，采用分級延時啟動方式，延時啟動間隔時間為10 s，當第一組啟動2具4 kg滅火裝置，延時10 s啟動第二組1具4 kg滅火裝置，充分保證洞室滅火。

4.2.2 滅火器設置

(1)滅火器類型:ABC干粉滅火器。

(2)每座綜合洞室均設滅火器箱1個，內置3具4 kg手提式滅火器。

(3)未設防護門綜合洞室的滅火箱，要求存放在不銹鋼制作的籠內，頂部不設護欄，鋼制籠采用膨脹螺栓與地面固牢，具有防振及抗風壓措施。

4.3 防災救援疏散工程相關設施

按規范在每座隧道進口、緊急出口、中部橫洞、出口平導等處各配備10套消防防護裝備(內含滅火防護服、防護靴、消防手套、消防頭盔、背負式空氣呼吸器、佩戴式防爆照明燈等)。

5 監控管理系統

大瑤山隧道群設有防災疏散“定點”段，在每個隧道設有疏散通道，制定了完善列車停靠時的防災疏散與消防措施。根據相關研究，列車發生火災事故后的殘余運行能力的運行速度約為80 km/h，時間為15 min，殘余運行能力的運行距離約為20 km，所以列車在隧道失火失去動力的情況下，仍能到達救援點。

進入隧道列車若發生火災，立即通知有關部門和前后方兩端車站做好消防準備，在可控的情況下盡量將列車開出隧道，避免將列車停留在隧道內。同時疏散著火車廂乘客至相鄰其他車廂(疏散至相鄰車廂時間約64 s)，隨后封閉該節車廂以減少火勢發展及蔓延的速度。根據列車著火部位，將列車著火部位停靠在“定點”(黃土灣大橋)中部，開展消防滅火。

隧道洞室內、疏散通道內設有事故報警電話(緊急電話)系統;隧道群疏散通道設有視頻監控系統，在大瑤山隧道群防災定點區段的隧道內兩側設有室外攝像機(并配置云臺、紅外燈)，并在大瑤山隧道內緊急出口以及疏散橫洞/平導的進出口處設置攝像機，將攝像機視頻信號接入鄰近基站，通過區間傳輸網接入鄰近車站的視頻服務器，統一納入到武廣客運專線綜合視頻監控系統;隧道群疏散通道的GSM－R無線覆蓋。

6 結語

現行《鐵路工程設計防火規范》對長度在5 km及以上的客運專線隧道的消防未作規定，通過武廣客運專線大瑤山隧道群的消防設計，結合廣深港高鐵獅子洋隧道、武廣客運專線瀏陽河隧道等工程的消防設計，對長度在5 km及以上的客運專線隧道設備洞室采用脈沖式無管網超細干粉自動滅火系統，對未設防護門的設備洞室通過2組分級延時自動滅火裝置來實現滅火，對長度大于10 km的特長客運專線隧道(或隧道群)的消防同時推薦采用定點消防。武廣客運專線大瑤山隧道群消防工程的實施，完善了武廣客運專線隧道防災疏散方案，為武廣客運專線完成國家驗收打下了基礎，對在建客運專線鐵路長大隧道的消防設計和已開通運營的鐵路完善消防措施提供了借鑒，對確保武廣客運專線運輸的正點、安全、可靠，無疑有著極其重大的現實意義。

［1］中華人民共和國公安部．GB50015—2006 建筑設計防火規范［S］．北京:中國計劃出版社，2006．

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

［3］中華人民共和國鐵道部．TB10063—2007 鐵路工程設計防火規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2007．

［4］中華人民共和國鐵道部．TB10020—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［5］北京城建設計研究總院．GB50157—2003 地鐵設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2003．

［6］公安部天津消防研究所．50370—2005 氣體滅火系統設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2006．

［7］公安部天津消防研究所．GB50347—2004干粉滅火系統設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2004．

［8］公安部天津消防研究所．CECS322∶2012干粉滅火裝置技術規程［S］．北京:中國計劃出版社，2012．

［9］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．鐵路隧道防災救援疏散工程設計規范［M］．北京:中國鐵道出版社，2012．

［10］湖北省公安廳消防局．DB42/294—2004 超細干粉滅火系統設計、施工及驗收規范［S］．武漢:湖北省技術監督信息研究所，2004．

［11］占曙光，黃海龍．我國鐵路長大隧道防火設計的分析［J］．鐵道運營技術，2012(1):4－7．

［12］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．

Fire Extinguishing Design for Dayaoshan Tunnel Group on W uhan-Guangzhou Passenger Dedicated Line

WANG Song-Lin1，WANG Ting2，MENG Jiang1

(1．China Railway Siyuan Survey and Design Group Co．，Ltd．，Wuhan 430063，China;2．College of Environmental Science and Engineering，Shanghai200092，China)

At present，there is no standard code that can be used in fire extinguishing design of long and major tunnel on passenger dedicated line．This paper，in combination with the fire extinguishing design for Dayaoshan tunnel group on Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line，emphatically expounded relevant issues of fire extinguishing design for long and major tunnels，such as the system constitution，system arrangement，design parameter selection，equipment selection and control and so on．It is suggested in this paper that:(a)the impulse-type pipeless superfine dry powder automatic fire extinguishing system should be employed in the equipment caverns of passenger dedicated line tunnel whose length is greater than or equal to 5Km，and two sets of delayed automatic fire extinguishing device should be used for the tunnel equipment cavernswhich are without protection doors，so as to put out fire hierarchically;(b)the firewater system for fixed-point fire extinguishing should be added into the superlong tunnel whose length is more than 10Km on passenger dedicated line．All the above-mentioned measures can serve as reference for fire extinguishing engineering design of long and major tunnel on high-speed railway．

high-speed railway;long and major tunnel;fire extinguishing system;design

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．027

1004－2954(2014)03－0114－05

2013－11－27

王松林(1965—)，男，高級工程師，1987年畢業于華中科技大學，工學學士，E-mail:whwsl@yahoo．cn。