隧道消防设计

请点击链接 勃朗峰隧道火灾 创作 刘龙飞 隧道防火设计 一 概述二 隧道发生火灾的原因三 隧道中的火灾隐患四 隧道的火灾特点五 隧道防火措施六 回顾勃朗峰七 公路隧道消防设计中的问题与对策 2020 2 11 2 一 概述 社会经济的高速发展 带来道路交通的日新月异 与此同时 隧道交通也迅猛发展 有穿山越岭的铁路 公路隧道 有穿越江河湖海的水下隧道 而隧道的消防安全问题也日益为人们所关注 隧道一旦发生火灾 烟雾大 温度高 能见度低 给火灾扑救和人员疏散带来困难 隧道断面小 车辆鱼贯而入 发生火灾时人员 物质和车辆疏散相当困难 因此 火灾在车辆之间蔓延也比较快 隧道发生火灾 温度高 消防人员进攻道路缺乏 很难接近火源扑救 扑救的困难势必会造成严重的人员伤亡和财产损失 因此 隧道的消防安全日趋引起人们的高度重视 2020 2 11 3 二 隧道发生火灾的原因 引起汽车火灾 电气线路短路起火 汽化器起火 载重汽车气动系统起火 汽车油箱着火等 货车上货物引起火灾 可燃 易燃 易爆物品 车辆互相撞击起火 空间狭窄 能见度较差 司机突发病 隧道自身的原因如电器线路 隧道检修等也可导致隧道的火灾 1996年11月18日21时45分 英法海隧道一列火车起火 这是英法海底隧道贯通以来所发生的最严重的事故 大火发生后 消防队员全力扑救 火灾持续6小时之久 致使欧洲隧道公司不得不关闭这段5公里长的隧道 此次火灾造成34人受伤 其中重伤2人 经调查证实 列车上装载有大量的聚苯乙烯等易燃化工产品 加剧了火势的迅速蔓延 如1971年3月 法国一列货物列车为一列油罐车在进入克洛次隧道北口附近时相撞 油罐列车爆炸起火 货物列车司机和副司机当场死亡 部分隧道倒塌 经整修96天才通车 造成严重的人员伤亡和重大的经济损失 铁路轨道故障 货物列车颠覆引起火灾 2020 2 11 4 三 隧道中的火灾隐患 隧道的发展是随着社会经济和交通的发展应运而生的 国情不同 地域差别 隧道设计规范及标准尤其消防方面的要求总是滞后隧道的发展 同时由于管理方面的差错 致使隧道的火灾隐患较为突出 主要表现在以下几个方面 通风排气道少 水下隧道 铁路隧道 缺少紧急出口通道 尤其是单孔隧道 防火救护设备少 通过隧道运输可燃 易燃及爆炸危险物品多 通信不畅 严重制约了隧道火灾的扑救 当前各隧道的外观化较优美 结构各不相同 高度和密度也各有不同 但普遍缺少紧急进出口 尤其是一些单孔隧道 江河湖海水下隧道 只能从两端进出 地铁隧道也只能从车站进出 有些隧道虽有少量进出口 但标志不醒目 或者作为他用 如果发生火灾 不但消防和救护车辆无法迅速到达现场 人员及物质的疏散也相当困难 必然造成重大灾难 隧道内通风排气道少 必然造成通风不畅 温度上升快 一氧化碳 二氧化碳及汽车尾气等许多有毒有害气体滞留在隧道内 不但伤害人体健康 而且还易发生火灾和爆炸 造成重大损失 不少隧道没有按要求设置火灾自动报警系统及自动灭火系统联运控制系统 有些隧道甚至缺少必要的消防水源和灭火器材 消火栓间距过大 无消火栓水泵接合器 也没有设置必要的防火区 救护工具缺少 一旦发生火灾 现场人员无法及时灭火 救援人员也束手无策 巧妇难为无米之炊 此者在铁路隧道中表现的尤为突出 2020 2 11 5 四 隧道的火灾特点 烟雾大 温度高 疏散困难 扑救困难 隧道内一旦发生火灾 由于某种原因隧道空间小 还似处于密封状态 自然排烟及机械排烟条件差 因此烟雾大 同时燃烧产生的热量难于扩散 致使隧道温度迅速上升 缺乏应有的应急照明系统 火灾导致正常的照明系统破坏 能见度低 给扑救和疏散人员带来极大的困难 隧道横断面小 空间狭窄 车辆鱼贯而入 同时发生火灾时 火势在车辆之间蔓延迅速 缺乏必要的人员及车辆紧急疏散出口 造成人员及物质的疏散困难 隧道发生火灾 消防人员进攻道路缺乏 很难接近火源扑救 高温 低能见度 浓烟 缺氧 没有现代化的消防救援扑救设施是很难接近火源的 同时通讯不畅 隧道内外工作人员缺乏通信联系 给火灾的扑救增加更大的困难 2020 2 11 6 五 隧道防火措施 提高隧道的耐火等级 划分防火分区 设置必要的通风排烟系统 事故照明 事故广播和疏散指示标志 对长大隧道应设置消防应急设施 火灾自动报警系统 自动灭火系统及监视控制系统 显示隧道的运营状况 加强消防通信系统 为确保隧道火灾的通信的畅通 隧道通讯由有线通讯和无线通信两部分组成 事故发生时道路巡视人员或现场司乘人员能通过固定电话和移动电话等方式将事故信息及时告知消防中心 实现通信联络功能 以便及时准确处理事故 设置必要的人员紧急疏散出口 隧道的疏散以人员为主物质及车辆为辅 隧道一旦发生火灾事故 首先应确保人员的疏散 物质或机动车辆在隧道火灾情况下的疏散已经不现实 因此 按要求设置隧道人员紧急疏散出口必不可少 加强隧道的消防管理 尤其是进出隧道车辆的管理 2020 2 11 7 1 消防系统 火灾报警设备紧急电话手动报警按钮火灾探测器声光警报装置 2020 2 11 8 2 火灾探测系统 要求快速响应精确定位避免误报实时监测分类光纤光栅探测系统分布式光纤探测系统双波长火焰探测器视频火灾探测器 2020 2 11 9 3 灭火设备 灭火器消防栓水成膜泡沫灭火装置气体灭火系统 水成膜泡沫灭火机理 在燃烧液表面流散的同时析出液体冷却燃液表面 并在燃烧液面上形成一层水膜与泡沫层共同封闭燃液表面 隔绝空气 形成隔热屏障 吸收热量后的液体汽化稀释燃液面上空气的含氧量 对燃烧液体产生窒息作用 阻止了燃液的继续升温 汽化和燃烧 它和其它灭火剂的根本区别是 水成膜 泡沫灭火剂具有泡沫和水膜的双层灭火作用 这是它灭火效率高 时间短的原因 2020 2 11 10 4 疏散避难指示标志及救援设施 疏散指示标志 安全出口标志横洞指示标志疏散指示标志其他设施有线广播系统应急照明 疏散避难救援设施 人行横道车行横洞专门疏散通道机械排烟装置避难间 2020 2 11 11 5 隧道灭火系统 分类脉冲灭火系统泡沫 水喷雾灭火细水喷雾灭火系统纯水自动喷水灭火系统选择消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉 自动水喷淋系统消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉 自动水喷雾系统消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉 自动泡沫 喷雾联用系统消火栓系统及灭火器或轻水灭火喉 自动泡沫 喷淋联用系统 2020 2 11 12 通过对以上自动灭火系统效果 经济性及维护管理等因素的比较得出以下结论 纯水的自动喷水灭火系统对隧道情况来说并非是一个合适的灭火装置 在大部分情况下并不建议采用 但较其它系统而言相对较为经济 不能依靠水喷雾灭火系统来控制或扑灭在隧道内可能发生的低燃点液体火灾 除非系统采用较高的喷洒强度 另外所使用的水可能会载有燃烧的浮油等物质四处流动 进而扩大燃烧区域 对液体火灾来说 泡沫 水混合物的效果较单用水好 而且可以采用较低的喷洒强度 货车火灾需要浓度三到四倍的泡沫水混合物来控制 良好的通风环境的隧道反而会对细水雾自动灭火系统的效果造成负面影响 从上述分析比较看 高科技脉冲灭火装置是较先进的扑灭隧道火灾设施 值得推广 泡沫一水喷雾灭火系统灭火效果好 真正能起到自动灭火的作用 泡沫一细水雾较泡沫一水喷雾节水 一般只有后者的1 10 泡沫一细水雾是泡沫一水喷雾的延伸和发展 后者对水质 管道及压力要求较高 相应成本也较高 对控制火灾有较好的效果 根据不同的国情 不同的地域情况 选择一套适合自身隧道的安全可靠 经济合理 方便实用灭火系统十分必要 2020 2 11 13 六 回顾勃朗峰 教训和启示入口安检危险物品的划分不当火灾报警和灭火系统不科学司机的应急处理常识不健全防火分区和通风设施不完备 2020 2 11 14 七 公路隧道消防设计中的问题与对策 1 公路隧道消防设计存在的问题技术规范与管理问题理论问题设计问题2 基本对策 2020 2 11 15 1 技术规范与管理问题 1 消防技术标准缺项1 没有公路隧道安全等级2 没有公路隧道的防火标准3 没有公路隧道的消防设计规范 2 建设管理程序混乱公路隧道的消防设计与施工以及竣工验收 必须有消防部门参与 但由于我国目前公路隧道建设程序较为混乱 许多地方在公路隧道的建设方案论证 设计文件评审 施工过程监督 甚至于竣工验收过程中 均无有消防专业人员参与 或者消防单位介入滞后 2020 2 11 16 2 理论问题 1 隧道的火灾风险评估 2 隧道火灾规模的确定 3 隧道火灾时的通风计算 4 隧道火灾时的临界风速 5 火灾逃生通道的间距 2020 2 11 17 3 设计问题 1 消防区段 2 火灾报警 3 基本设施 4 风机选型 5 排烟通道 6 喷淋装置 7 避难洞室 8 消防车辆 9 衬砌防火 10 防火涂料 公路隧道防火区段的划分 可以分为两个层次 第一个层次依据隧道的长度 通风斜竖井的位置 划分为隧道入口段 通风井前段 通风井后段 多通风井类推 隧道出口段 第二个层次是在第一层的基础上 根据车通 人通以及他们与通风井的相对位置 以两个横通道为单位细划 目前普遍的问题是对此研究不够 特别是没有和通风及后期的防灾救灾预案制定系统考虑 公路隧道火灾报警器分为自动报警和手动报警 自动报警有感温 感光 感烟传感器 目前用的最多是感温光缆 从应用的实际效果看 虽然感温光纤的灵敏度远远高于早期的感温紫铜管 但由于其自身的缺陷 报警时间远远滞后于火灾发生 近年来出现的双波长甚至于三波长火灾报警器 应该是今后公路隧道消防设计考虑的首选产品 手动报警包括报警按钮和有线电话 报警按钮一般设置于消防箱上 有线电话200m一个 公路隧道的基本消防设施主要由消防箱和外部给水系统组成 消防箱内一般配置两种不同规格的手提式灭火器 一个水成膜灭火器 一个消火栓 消防箱的间距根据水带的长度分为50m或者80m 给水系统包括给水井 高位水池 低位水池 消防水管 给水栓等 给水栓设置在隧道洞口两端和洞内的紧急停车带处 长大隧道每一停车带处均设 对于北方或者高海拔的寒区隧道 在进行隧道消防设计中 要特别注意给水管道和水池的防冻措施 根据笔者的调查 国内目前有70 的公路隧道 这些设施很不完善 射流风机和轴流风机是长大公路隧道通风系统中的主要动力设备 一般轴流风机无需采用可逆转风机 而射流风机是否采用可逆转形式 要结合防火区段的划分和防灾救灾预案的制定来确定 如果确实要采用可逆式风机 要特别注意风机的逆向转换时间和功率 目前国内外大多公路隧道的机械通风方式都是分段纵向 火灾时的排烟也是通过通风斜 竖井实现 国内最早的专用排烟通道出现在雁门关公路隧道设计中 即利用上坡隧道的排风井为下坡隧道火灾排烟 11 排烟通道的断面形式 城市隧道可顶部全设 长大 特长隧道应该在两侧分开布设置或者顶部中间布设 水喷淋是商场 宾馆 会议场所常用的有效防火措施 日本曾将此技术用于公路隧道中 国内的雁门关公路隧道也巧妙地利用地下涌水 在右线隧道设置了10道喷淋装置 喷淋装置对公路隧道的小型火灾 具有一定的降温 阻燃作用 但是对于一般公路隧道 在火灾发生时 由于喷淋水雾变成高温水汽 不仅降低了隧道内的可见度 而且高温水汽还会烫伤隧道内的逃生和救援人员 避难洞是勃朗峰隧道在火灾后的改建中提出的一种新的消防避难结构 隧道内每300m设一个避难洞 洞室距正洞4m远 面积40m2 洞内具有很好的隔热措施 假设隧道正洞内温度为1200 避难洞内部温度应小于32 洞内压力始终比正洞大80Pa左右 正常情况避难洞每小时换3次气 火灾时每小时换20次气 对于安全等级较高的长大隧道和特长隧道 建议要配备专门的消防车辆和必须的消防器材 而且消防队必须24小时轮流值班 如果条件允许 还可以配置专用消防救援摩托车 目前陕西秦岭终南山隧道就配置有10辆专用隧道消防救援摩托车 关于火灾时隧道衬砌的防火要求 有的文献曾提出采用耐火混凝土 耐火混凝土的组成主要包括胶结剂和集料 胶结剂通常是铝酸盐水泥 与普通硅酸盐水泥混凝土相比 耐火混凝土表现出较好的耐火性能 例如陶砂陶粒耐火混凝土经800 高温后 其抗压强度仍能达到常温抗压强度的55 左右 但是 耐火混凝土的价格是普通硅酸盐水泥的2 3倍 并且浇筑施工工艺比较复杂 因此从经济投入和施工工艺各方面考虑 不建议公路隧道采用防火混凝土衬砌 由于防火涂料与混凝土的附着力容易受环境湿度的影响 国内许多公路隧道的防火涂料1 2年内均出现不同程度的剥落 另外 火灾是一个低概率的随机 时间随机 地点随机 规模随机 种类随机 事件 花费较大的资金进行隧道防火喷涂经济上不划算 如果真的某一区域发生火灾 造成衬砌结构损毁 重新进行局部结构修复的费用 比起整条隧道的防火喷涂也是一个很小的数目 2020 2 11 18 2 基本对策 交通部主管部门协调 组织各方面的技术力量 完善我国的公路隧道安全等级划分 编写适合公路隧道特点的 公路隧道防火安全标准 和 公路隧道消防设计规范 国家发改委牵头 会同交通部 公安部共同协商 健全我国长大公路隧道在建设的工可阶段 初步设计阶段 技术设计阶段 施工图设计阶段 建设实施阶段 消防部门的介入程序和制度 严格明确各方的职责 行为和具体义务 积极开展公路隧道的火灾以及人员逃生研究 科学合理地确定不同类型公路隧道的火灾规模 正确进行公路隧道火灾通风计算 严格区分防止烟雾回流与防止温度回流的临界风速 在深入研究人员逃生行为的基础上确定横通道的间距 科学系统严肃地进行公路隧道火灾风险评估研究 寻求一个能够平衡经济 社会 管理各方面的合理设防标准 严格防止出现两种极端 2020 2 11 19 2 基本对策 在进行消防设计时 必须根据隧道的建设规模 交通组成