摘 要: 在缺乏行業消防設計規范的情況下,根據隧道火災的起因、種類和特點, 提出防火和滅火的措施,認為消火栓的布置間距應在保證最少,支水槍的充實水柱同時到達隧道內任何部位的前提下, 根據具體情況經過計算確定,水噴淋滅火系統對隧道的消防的有效性還有待探討.
關鍵詞: 公路隧道;防火;滅火;消防設計
隨著改革開放的深入,我國經濟建設和社會發展取得了巨大的成就.國家每年投入大量資金進行公路等基礎設施建設.福建屬于多山省份,近年來, 隨著公路交通事業的發展,公路等級的提高,對公路線型的要求也越來越高.為了克服高程障礙,優化線路,縮短里程,修建隧道必不可少,而且數量越來越多,規模越來越大.隧道是公路交通的咽喉要道, 結構復雜,環境密閉,空間狹窄,能見度差,流動車輛多,車速快,一旦發生火災,撲救相當困難,往往造成重大的人員傷亡和財產損失.故在隧道設計時,應貫徹"預防為主,防消結合"的方針, 采取有效的防火與滅火措施,使火災控制在最低限度,使隧道真正起到安全輸送人員和物資的作用.
1 火災的起因、種類及特點
1.1 火災的起因
公路隧道一般遠離市區,是車輛流通的必經之道,火災的起因主要有以下5 種可能:(1)人為縱火;(2)汽車本身系統故障起火;(3)汽車裝載的貨物遇明火或熱源引起燃燒或自燃;(4)汽車相撞起火;(5)電氣線路短路起火.
1.2 火災的種類及特點
根據隧道火災的起因和物質燃燒的特性分析,隧道可能發生的火災種類大致有A,B,C,E4類. A類指汽車裝載的可燃固體燃燒的火災或常溫下呈半凝固狀態的重油燃燒的火災;B類指汽車裝載的可燃液體燃燒的火災或汽車本身的油箱燃燒的火災;C類指汽車運載的可燃氣體燃燒的火災;E類為帶電物體燃燒的火災.其中以汽車相撞引發的A,B類火災最為常見.這些火災由于受隧道空間的限制,火焰和煙霧無法向上發展,迫使其往縱向擴散,并且很快充滿隧道.據資料[1]報道,兩輛貨車或公共汽車相撞釀成的火災, 在起火25s后就充分發展,3min左右火源上方頂部溫度已達到1000℃左右,10min內達1000℃以上.如此迅猛的火勢給人員疏散和滅火造成很大的困難.
2 防火與滅火措施
2.1 防火措施
根據隧道火災的起因,設計時,通常采取以下幾種防火措施:
(1) 在隧道進口設管理站,加強交通安全管理和消防管理;
(2) 限制車速,限制載有易燃易爆物品及其他危險品的車輛進入隧道或由專業車輛引入;
(3) 各種電氣線路采取穿管保護,電纜采用阻燃電纜或耐火電纜;
(4) 長隧道內設置電視監控系統,事故報警按紐, 避難通道,應急燈,電話以及通風機等;
(5) 選用耐高溫、耐潮濕環境的防火涂料;
(6) 所有的燈具、電話箱、滅火設施箱體均要求用非燃燒材料制作.
2.2 滅火措施
2.2.1 滅火劑的選擇
由于當前我國尚沒有隧道消防設計規范, 所以隧道消防設計時,通常根據隧道內可能發生的火災種類選擇滅火劑. 一般有(1)干粉,磷酸銨鹽干粉滅火劑,可用于撲救除活潑金屬外的其它各類火災,對火災種類復雜的隧道特別適用.設計時,通常選用磷酸銨鹽干粉滅火劑.(2)水,是自然界中廣泛存在的天然滅火劑,取之方便,價格便宜,可用于撲救隧道內的A類火災.同時,由于水在溫度升高時,吸收大量的熱,能有效地降低燃燒物質和周圍物質的溫度,使燃燒停止, 所以, 對于隧道內除A類外的其它各類火災,還具有冷卻降溫和沖淡稀釋作用.(3)泡沫,主要用于撲救隧道內的B類火災,特別是隧道內最可能引發的汽油火災.由于水成膜泡沫能在油類的表面形成一層很薄的水膜,抑制油品向上蒸發,依靠水膜和泡沫的雙重作用,使燃油與空氣隔絕,迅速而有效地將火撲滅.有實驗[2]表明水成膜泡沫滅火劑的滅火效率約為普通蛋白泡沫的3倍.故目前我院隧道設計均選用水成膜泡沫滅火劑.但對于水溶性B類火災, 如醇、酮、醚、酯等火災,水成膜泡沫很快被破壞而不起作用, 所以本人認為,在經濟條件許可時,應首選抗溶性水成膜泡沫滅火劑,因為它既適合撲救水溶性B類火災,同樣適合撲救非水溶性B類火災.
2.2.2 滅火設施
隧道內一旦發生火災,受空間狹小的限制,容易造成交通混亂,為了疏散車輛和人員,必須盡可能地把火災限制在最小范圍內,要做到這一點,隧道內必須配置強而有效的滅火設施.根據隧道的長度,我們把隧道分為三類(與《公路隧道設計規范》JTJO26-90 略有不同).第一類為500m以下的隧道,稱之為短隧道,由于汽車在隧道內通行的時間不足1min, 火災危險小, 故設計時一般只考慮配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器.第二類為500-1000m(含500m)的隧道,稱之為中隧道,火災危險性較大,除配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器外,還配置水-水成膜泡沫兩用滅火設施.這種滅火設施的配置只能根據火災種類選擇水或水成膜泡沫之一進行滅火,第三類為1000m(含1000m)以上的隧道,稱之為長隧道,火災危險性大,起火后容易造成重大的火災損失,除配置便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器外,還分別配置消火栓滅火設施和水成膜泡沫滅火設施.這種滅火設施的配置,在用水成膜泡沫滅火設施滅火的同時,還可用消火栓滅火設施對火災周圍進行冷卻.根據火場滅火情況,一般首先發現火災并面臨火災的是司機和乘客,他們沒有專門的滅火技能,必須使用隧道內配置的消防設施,對他們來說便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器是最好的滅火設施.隨著火災的發展,隧道管理所兼職消防人員到達隧道,他們具有專門的滅火技能,但不攜帶消防設備,對他們來說,使用隧道內配置的消火栓或水成膜泡沫滅火設施是最好的滅火手段.由于隧道一般都遠離市區,社會消防隊員總是最遲到達火災現場,他們具有特殊的滅火技能,且自帶滅火設備,對于他們來說,一般只要求供給充足的水源,為滿足他們的需要,我們在隧道進出口設置了室外消火栓和水泵接合器.由于福建公路建設起步較晚, 隧道滅火尚無經驗,根據上海延安東路過江隧道滅火統計資料[2],隧道通車5年多發生過中小型火災十余次,其中65%的火災是第一發現者即司機和乘客撲滅的,35%的火災是第一發現者和隨后到達的隧道管理所兼職消防隊員共同撲滅的.日本道路公社團所屬的隧道,1960年至1980年期間共發生24次火災,其中15次是在社會消防隊員到達火災現場之前,由司機、乘客以及隧道管理所兼職消防隊員共同撲滅的.這些火場經驗說明了隧道內配置消防設施立足自救的重要性和必要性.
3 工程實例
福建雙湖公路壽寧段羅寧隧道,全長1368m,屬二級公路長隧道,要求設計為單洞雙車道雙向行車,最大車速為40km/h,隧道橫向寬度9m,雙車道路面寬度7.5m,車道凈高5m.本人認為該隧道雖然屬二級公路隧道,但為單洞雙車道雙向行車隧道,交通事故概率相對雙洞四車道即單洞雙車道單向行車隧道高,火災危險性較大,必須立足于自救,故設計時,按照上述的滅火措施進行隧道內滅火設施配置,即每隔50m設消防洞室一處,每處消防洞室內配置消火栓箱和水成膜泡沫滅火裝置箱各一個.消火栓箱內設SNJ65 室內減壓穩壓消火栓1個,25m長直徑65的襯膠水龍帶2條,直徑19水槍1支,同時還配消防水喉.水成膜泡沫滅火裝置箱內設30L水成膜泡沫液貯罐1個,比例混合器1個,泡沫噴射槍1支,25m長直徑20的噴射膠管1條.泡沫混合液流量為30L/min,混合液的質量分數為3%, 噴射時間30min以上.同時洞內還配4具8kg的便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器(《建筑滅火器配置設計規范》規定,B類輕危險級場所,滅火器最大保護半徑為15m,考慮隧道內與建筑物內不同,從消防洞室取滅火器到火災現場均可直線到達,參照1997年日本隧道設計要領,設置間距取50m).
4 需要探討的問題
4.1 消火栓的布置間距
按照《公路隧道設計規范》JTJ026-90要求,消防水栓每隔50m設一個,本人認為應按照隧道的寬度、配置的水龍帶長度以及水槍的充實水柱由計算確定.下面以布羅寧隧道消火栓布置為例進行計算分析(參照室內消火栓的布置).
消火栓保護半徑
式中:R--消火栓保護半徑,m;
Ld--水龍帶敷設長度m;考慮水帶的轉彎曲折,折減系數取0.9.即Ld=2×25×0.9m
Ls--水槍充實水柱在平面上的投影長度m;根據火場經驗,水槍射流上傾角度一般不超過45°,故按45°考慮;
Sk水槍充實水柱,m;直徑19的水槍,當流量為5L/s時,其充實水柱為11.3m
則
消火栓的布置間距S=(R2-b2)0.5
式中:S--2支水槍的充實水柱同時到達隧道內任何部位時消火栓的間距,m;
R--消火栓保護半徑,m;
b--消火栓的最大保護寬度,m,即隧道的最大寬度9m.
則S=(532-92)0.5=52m
按照《公路隧道設計規范》JTJ026-90要求,設計時消防洞室間距取50m.需要探討的是,這是在每個消火栓配置2條水龍帶串聯使用的情況下計算的.但是國內很多隧道消火栓的間距按50m布置,而每個消火栓僅配置一條水龍帶,本人認為這種布置只能保證一支水槍充實水柱到達隧道內任何部位,一旦火災發生在該消火栓處,人們無法靠近使用,其他消火栓也愛莫能助,整個消防系統就形同虛設.要保證2 支水槍的充實水同時到達隧道內的任何部位,按上述公式計算,消火栓的間距不得大于29m.同樣,隧道寬度不同,消火栓的布置間距也不一樣.所以本人認為消火栓的布置間距應在保證最少2支水槍的充實水柱的同時到達隧道內任何部位的前提下,根據具體情況經過計算確定.
4.2 水噴淋系統
《公路隧道設計規范》JTJ026-90中要求長隧道內應設水噴淋系統,每隔5m設噴頭1只.這種設計方案國外很多國家持不推薦態度,他們認為隧道初期火災通常發生在乘客內部,或車輛下部,或頂部為防水設計的發動機廂內,頂部噴水沒有滅火效果.而且受空間限制,隧道頂部的溫度極高,在巨熱的火焰上噴水,不會壓制火焰,相反使煙霧層向下移動,并與空氣混合,不但降低了能見度,同時還威脅隧道中人員的人身安全[1].日本曾經在5座設置水噴淋系統的長隧道中,共發生6次火災,投入運行的只有日本坂隧道1次,但沒有效果.雖然水噴淋系統在起火后1min 就自動投入運行, 但噴水25min后火勢不但沒有得到控制,反而繼續擴大,而且還發生了爆炸,共燒毀汽車174輛! 死亡7人.在美國眾多的隧道中,也僅有3座設置水噴淋系統.鑒于這些原因,我們在設計時沒有考慮設置水噴淋滅火系統.對于火災危險性特別大的長隧道,是否需要配置,有待于進一步探討.
5 結語
水火無情,火災是各國人民難免遇到的災難之一,一旦發生,將使人們辛勤創造的物質財產和寶貴生命,頃刻間化為灰燼.為了避免災難,首先應重視安全防火,同時要配備強有力的滅火設施.特別對于公路隧道,社會消防隊往往不能保證及時到達現場,必須立足于自救.只有堅持貫徹"預防為主,防消結合"的方針,才能保證隧道暢通無阻.
