噴淋泡沫系統在公路隧道中的應用

閆文軍

摘要：公路隧道在運營過程中存在巨大風險，車輛故障、火災、拋灑、交通事故是典型的公路隧道運營事故。根據調查報告：平均每年每30km隧道內發生一次火災事故，其頻率十分高。隧道火災造成的經濟損失和財產破壞難以估計，并且隧道火災撲滅困難?，F在隧道通過設置火焰檢測系統及CCTV系統及時發現隧道內火災；設置消火栓及自動噴淋泡沫系統滅火。本文結合南京長江隧道噴淋泡沫系統，論述了噴淋泡沫系統在公路隧道中的應用的成功經驗。

關鍵詞：隧道，雙波長，噴淋系統，聯動控制。

中圖分類號：U45文獻標識碼： A

隧道為使公路、鐵路從地層內部通過而修建的特殊構造物，是一種雖然具有與外界直接連通的開口、但又相對封閉的有限空間。隧道結構的特殊性，使其火災具有煙霧不易散失、現場環境溫升快等特點，往往會導致火災蔓延速度加快、波及范圍增大；滅火難度加大。這些因素會增加人員疏散和救援的困難，嚴重威脅隧道結構的安全，容易造成重、特大事故。隨著我國公路、鐵路建設的發展，越江隧道、海底隧道等日益增多，隧道消防系統安全設施配備已成為新的技術熱點。

一、隧道火災危險性分析

1 隧道火災的分類

火災依據物質燃燒特性，可劃分為A、B、C、D、E5類。其中，A類火災指固體物質火災。這種物質通常具有有機物性質，一般在燃燒時能產生灼熱的余燼。如木材、煤、棉、毛、麻、紙張、汽車輪胎等火災；B類火災指液體或可熔化固體物質火災。如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、瀝青、石蠟等火災；C類火災指氣體火災。如煤氣、天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、氫氣等火災；隧道主要火災為A、B、C類。

隧道火災：可能為燃油和車載貨品同時燃燒，A類和B類火災同時存在，因此，隧道內火災具有蔓延速度快、危害性大、滅火難度大等特點。

2 隧道內火災有以下特點

2.1 煙霧大，溫度高。由于隧道空間小，近似密閉狀態，隧道一旦發生火災，煙霧比較大，燃燒產生的熱量不易散發，火災可能將隧道照明系統破壞，能見度低。

2.2 疏散困難。隧道橫斷路小，道路狹窄，發生火災時除了人員疏散困難外，物資疏散也極其困難；車輛一輛接著一輛，要疏散存在一定難度，火災在車輛之間的蔓延也比較快，且每一輛車都有油箱，如汽油燃燒將加劇火勢發展。

2.3 撲救困難。隧道發生火災，消防人員進入路線缺乏，很難接近火源撲救，如發生在整條隧道中心，即便從隧道口到現場有時有上千米或者更長距離。

3 典型隧道火災案例

1999年3月，勃朗峰隧道位于連接法國和意大利的重要公路上，一輛比利時冷藏運輸車起火，燒毀2輛緊急救援車、23輛卡車、10輛小客車和1輛摩托車，死亡38人，900m長隧道的頂部被嚴重破壞。

2013年9月，一輛馬自達轎車在重慶南岸真武山隧道往四公里方向行駛時突然起火，熊熊大火很快將全車包圍。所幸，司機在火勢蔓延之前及時逃生，事故未造成人員傷亡。

2014年3月，山西省晉城市福安達物流公司駕駛人李建云駕駛著載有29噸甲醇的重型罐車行駛至巖后隧道路段，發生交通事故，造成隧道內42輛汽車、1500多噸煤炭燃燒，并引發液態天然氣車輛爆炸，大火燒了73小時才被撲滅。

近幾年來，國內隧道火災也時有發生，且常常因為沒有設置安全可靠的自動滅火系統，致使火災未能及時得到控制，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。更令人擔憂的是火災破壞隧道結構而造成的安全隱患。因此，對于公路、過江隧道、海底隧道等，需設置安全可靠、技術先進的消防安全系統，包括防火系統、火災探測及聯動控制系統、滅火系統等。 隧道噴淋泡沫滅火系統就是很好選擇。

二、雙波長火災檢查報警

雙波長火焰探測器：可靠、先進并具有高靈敏度和極低的誤報率的特點，該探測器利用火的特定波長，及火焰閃爍頻率判定火災，不受隧道內風速影響，響應速度快，它安裝在隧道側壁易維護。日本在1979年開發雙波長火焰探測器，并取得良好應用效果。1981年日本的《公路隧道消防設施設置標準》中制訂了應用雙波長火焰探測器標準。日本的90%的隧道采用該產品，在浙江甬臺溫、貓貍嶺、牛官頭隧道群中成功地應用，隨后的重慶石黃隧道、寧波常洪隧道、杭州繞城高速公路黃鶴山隧道及溫州黃泥嶺、樸頭嶺隧道都得到各方好評。

三、隧道噴淋泡沫滅火系統

通過對隧道火災特點的分析，以及對現有滅火技術的比較，可以看出，在隧道內設置噴淋泡沫滅火系統，不僅可大幅度提高對A類火災和B類火災的滅火效能，而且是目前國際上最先進、最理想的隧道滅火系統之一。其特點為：

1 結合了噴淋系統和泡沫系統的優點

發揮了泡沫滅火和噴淋冷卻、控制火焰的優勢，既可通過泡沫隔斷氧氣有效滅火，又可通過水氣蒸發窒息而防止復燃；既可節省泡沫混合液，又可保證安全性，因而具有極強的滅火能力和較高的環保性。3%AFFF具有泡沫和成膜的雙重滅火作用，因此滅火時間短、效率高，是一種新型的安全可靠、操作方便的滅火系統。

2 噴淋和泡沫系統滅火優勢

對于A類和B類火災的滅火，其優勢在于噴淋霧滴沖擊動量大，混合泡沫液可直達燃燒面，泡沫隔絕氧氣，可有效覆蓋流淌火災，并防止復燃，極大程度地滿足隧道內滅流淌火的需要。系統噴淋后，可快速削減火災熱量，降低輻射熱，從而大大降低燃燒對周圍結構的危害；快速降低揮發性氣體濃度，減少爆炸風險；有效覆蓋著火物，減少回燃和跳閃；大幅度提高能見度和光透射率，削減煙霧。目前，在國內比較重要的城市隧道內，都設置了噴淋消防系統。

四、隧道噴淋泡沫滅火系統在隧道中的應用

由中鐵第四勘察設計院設計隧道工程的南京長江隧道，快速城市公路隧道，江中心與隧道口高差50米，為市區雙向6車道隧道。國內外上海崇明島隧道，武漢長江隧道，南京長江隧道，使用雙波長火焰探測器，隧道噴淋泡沫滅火系統。設置了以下消防系統：

隧道內行車方向左側每隔50m設置噴淋箱內配置水成膜泡沫滅火裝置、手動報警裝置等，并在隧道洞口工作井設置室外消火栓及水泵接合器。

考慮到隧道中部發生火災時逃生及救援難度較大，并結合隧道內通風豎井的設置以及火災時隧道內溫升影響范圍等因素，在隧道內全程，設置自動噴淋泡沫滅火系統。自動噴淋泡沫滅火系統與隧道內火災自動檢測報警系統實施聯動控制。

1 選擇噴淋泡沫系統

分析國內外眾多隧道火災事故，發現大多數是由于2車相撞引起，火災類型有A、B、C類，但主要是A類及B類流淌火災。水成膜泡沫是應對A類及B類流淌火災最有效的滅火劑，所以，近幾年大多數隧道內消防系統選擇自動噴淋泡沫消防系統。

2 自動噴淋泡沫滅火系統選用

2.1 泡沫滅火劑選擇

本系統泡沫滅火劑選用3%AFFF水成膜泡沫滅火劑。

2.2 系統組成

噴淋泡沫聯用消防系統主要由噴淋泡沫聯用組合噴頭、噴淋閥組控制箱、噴淋泵機組、泡沫泵機組、泡沫和噴淋總管、火災探測器及報警控制器等部件組成。系統具有自動、消防控制中心手動、現場緊急手動等啟動方式。

2.3 噴淋泡沫系統主要技術參數

2.3.1 噴淋泡沫聯用滅火系統采用低倍數泡沫。

2.3.2 泡沫混合液供給強度：6.5L/min · m2。

2.3.3 混合比：3%。

2.3.4 噴射時間：20min。

2.3.5 系統設計流量：70L/s。

2.3.6 最不利點壓力：0.35MPa。

2.3.7 防護冷卻持續時間：120min。

2.4 系統功能

在隧道的暗埋段及圓形隧道段內設置噴淋泡沫聯用滅火系統。隧道縱向每25m為一個保護區段，內設噴淋泡沫聯用組合噴頭5只，布置在隧道側墻（設噴淋閥側）上部。每個區段設置獨立的噴淋閥控制組箱。

隧道兩端消防泵房內的噴淋泵引出兩根DN250管道，經泵加壓后的水流分別經信號蝶閥、水流指示器后沿兩條隧道縱向敷設，全線貫通，為隧道內噴淋泡沫聯用系統供水。在噴淋供水總管上每隔10組噴淋系統設1只閥門，在總管的最高點設放氣閥，在隧道最低點設放水閥。

隧道兩端消防泵房內的泡沫泵引出兩根DN80管道，沿兩條隧道縱向敷設，全線貫通，為隧道內噴淋泡沫聯用系統輸送加壓后的泡沫液。

水災發生時，相鄰兩保護區段內的噴淋控制組箱內的閥組開啟，15個噴淋泡沫聯用組合噴頭同時動作，噴射抗干擾較強的低倍數泡沫滅火，持續時期20分鐘左右，后改噴噴淋，持續時間可達2個小時。

2.5 DN150隔膜式噴淋閥要求

流線形閥體，組合式隔膜閥芯，最小開啟壓力不高于0.5公斤，噴淋閥前設減壓閥（滿足高壓功能，以解決壓差過大導致水壓不穩定的問題）。

采用抗腐蝕的隔膜（進口膜片），在保證閥門零滲漏密封的前提下同時保證剛性，同時必須提供進口膜片的進口貨物報驗單及其相關測試試驗報告。

組合式隔膜（非皮碗式），避免長期帶壓狀態下隔膜由于受力不均而產生變形導致閥門滲漏或誤開。

閥體內外采用粉末噴涂方式進行涂層，增加閥體的抗腐蝕性能。

帶防復位功能，提高系統可能性。彈簧式手動復位開關，復位程序簡便。

在線維護—閥門維護時，無需卸下閥體。閥體結構要緊湊。

2.6 自動噴淋閥組箱

自動噴淋閥組是本系統的控制核心，具有自動、手動和應急手動3種啟動方式?？刂崎y組供水管道入口壓力工作范圍為0.4～0.8MPa，泡沫液管道入口壓力工作范圍為0.4～1.2MPa。閥箱入口供水管道管徑DN300，公稱壓力PN16；泡沫液管道DN50，公稱壓力PN16。

2.7 系統流量設計值及管徑確定

自噴區段每25m設置1組自動噴淋閥組，閥組流量按隧道斷面分別計算，標準斷面為33.8L/s?？紤]泡沫混合液供給裕度系數1.05，泡沫混合液設計流量取82L/s。消防供水主管管徑為DN300。泡沫原液流量為0.03×82=2.5L/s，考慮到壓力變化附加系數1.1，則泡沫泵設計流量取為2.8L/s。

2.8 系統構成

自動噴淋泡沫滅火系統采用閥后干式系統，以隧道縱向25m為一個滅火區間，每25m設置1處自動噴淋閥組。以南京長江隧道噴淋系統為例。當某一區間發生火災時，系統可啟動相鄰2個區段同時滅火。整個隧道允許同時出現2處隧道滅火。

2.9 泡沫原液用量

火災發生后，火災探測器向消防控制中心報警，在得到控制中心命令或啟動信息后，聯動聲光報警器、火災應急廣播、通風等設備并啟動消防水泵機組和泡沫泵機組及火災區域噴淋閥控制組箱，火災相鄰兩保護區段內的15個噴淋泡沫聯用組合噴頭同時動作，噴射抗風干擾較強的低倍數泡沫滅火，持續時期20分鐘左右，后改噴噴淋防護冷卻。

3 消防控制系統

火災時，由火場附近雙波長火焰探測器直接檢測到火災向中控室報警，隧道監控室通過隧道內的攝像監控系統確認火災后，及時利用隧道洞口可變情報板、廣播通知后續車輛禁止進入隧道，并關閉隧道入口。洞內設置自動噴淋泡沫滅火系統區段內，報警系統會及時聯動該區段內50m范圍內3處閥組打開(需經監控室確認)，自動進行噴淋泡沫滅火。

五、南京長江隧道消防噴淋系統聯動試驗說明

1 試驗設備簡要聯動試驗簡要說明

南京長江隧道泡沫噴淋系統試驗六種工狀：左線入口明挖段、左線盾構段、左線出口明挖段；右線入口明挖段、右線盾構段、右線出口明挖段。主要設備包括：BAS；FAS系統設備，情報板、語音、信號燈。

2 長江隧道火災報警流程

一、

3 南京長江隧道噴淋系統點火試驗（CRT）

南京長江隧道雙波長探測器與噴淋系統聯動方案為雙波長火焰探測器觸發火警，聯動噴淋噴水閥，噴淋滅火，聯動試驗有以下幾種狀況可以模擬：下面以圖說明：

3.1 F1；F2；F3區著火，W1雙波長探測到火警，CRT主機彈框報火警，F1；F2；F3噴淋框閃爍，30秒內在彈出報警聯動信息框區內點執行聯動，彈出報警確認對話框，請選擇確認人欄選：admin；請輸入密碼欄輸入：2222；點對話框下面確認。F1；F2；F3區噴淋開?；馂闹鳈C點斷定持續3S，FAS聯動，BAS主機點聯動確認，BAS聯動信號燈、廣播、情報板等，試驗結束，工作井設定消防噴淋泵。

3.2 W1----W2中間區著火，W1，W2雙波長探測到火警，CRT主機彈框報火警，F2；F3；F4噴淋框閃爍，30秒內在彈出報警聯動信息框區內點執行聯動。同上，F2；F3；F4區噴淋開。

F1區F2區F3區 F4區F5區 F6區F7區 F8區 F9區 F10區 F11區 F12區 (25m/區)

W1W2W3 W4 W5W6(50m/報警區)

3.3 火災試驗后復位（BAS）

南京長江隧道雙波長探測器檢測到火警，噴淋系統聯動，撲滅隧道火災后，中控室電話通知浦口、梅子洲工作井值班人員手動關閉噴淋泵。隧道維修人員現場手動噴淋閥復位。中控室火災主機復位，監控設備位隧道監控系統復位：選擇：消防系統→隧道內消防→隧道左線復位（隧道右線復位、工作井復位）。隧道聯動設備復位。

4 南京長江隧道雙波長探測器與噴淋系統聯動方案

雙波長火焰探測器觸發火警聯動噴淋噴水閥應遵循如下原則：

6.1 聯動要求

6.1.1每間隔50米布置一個雙波長火焰探測器，聯動3個噴淋區域，見下圖：

車行方向 → (由左向右)

F1區F2區F3區F4區F5區 F6區F7區F8區 F9區 F10區 F11區 F12區 (25m/區)

噴水區域

報警區域

W1W2 W3W4 W5W6(50m/報警區)

注：探測器的安裝位置自兩個噴水區域分界線向行車方向偏移了7.5米。

6.1.2當W1雙波長火焰探測器接收到火警信號，在第一延時時間(暫定10秒，可通過密碼設定調整)無其它火警信號則確認聯動F1區、F2區和F3區的噴水閥，但須在第二延時時間(暫定30秒，可通過密碼設定調整)內CRT主機彈出提示框，提示確認聯動，或取消聯動，如30秒內無確認聯動或取消聯動操作，則系統30秒后執行取消聯動操作。

6.1.3若W1雙波長火焰探測器接收到火警信號，在第一延時時間內W2雙波長火焰探測器也收到火警信號，則聯動F2區、F3區和F4區的噴水閥。其余功能和過程同序號2情況。

6.2 圖形顯示終端（CRT）顯示和操作要求

6.2.1 當圖形顯示終端（CRT）接收到任意一個報警信號后，除了即時將報警點所在的平面圖切換為當前顯示畫面外，還需立即彈出人工確認火災報警信號的信息窗口。彈出的信息對話框需有聯動執行的倒計時顯示，用戶可以選擇“執行聯動”或“取消聯動”，以實現是否要對噴淋進行聯動控制。如果在這段時間內不予確認，系統將在設定時間內自行取消聯動控制（該時間可調）。

6.2.2 一旦執行了“取消聯動”操作，用戶可直接點擊相關的噴淋閥（或模塊）圖標，實施人工確定方式啟動噴淋閥。

6.2.3 若同時出現不相鄰的第2個報警點，圖形顯示終端（CRT）只作顯示（報警點可查詢，但報警點的平面圖不做切換），而不再作相關的聯動判斷。

6.2.4 圖形顯示終端（CRT）執行噴淋聯動的邏輯判斷，最后需由報警主機執行最后的聯動控制。

6.2.5 圖形顯示終端（CRT）記錄并存儲所有的操作及數據信息，且可以隨時查詢。

六、結束語

南京長江隧道自動噴淋泡沫消防系統安裝調試一次性成功，系統控制靈敏，供水可靠，噴淋泡沫覆蓋隧道全斷面，為隧道營運提供了安全保障。雙波長火焰探測器，免維修、免清洗、檢測準確、誤報率低。特種設備監督檢驗中心對自動噴淋閥組、雙波長探測器逐個進行了噴淋試驗，結果表明，其地址準確、噴淋均勻、運行可靠。系統完工后，一次性通過了南京市公安局消防支隊組織的消防專項驗收。自動噴淋泡沫消防系統在南京長江隧道中的使用，為該隧道消防系統的設計、施工、營運提供了保障，也為自動噴淋泡沫消防系統的推廣應用提供了成功經驗。

七、參考文獻

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