武广铁路客运专线大瑶山隧道群消防设计

王松林，王 婷，孟 江

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063;2.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

武广铁路客运专线大瑶山隧道群消防设计

王松林1，王 婷2，孟 江1

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063;2.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

针对目前铁路客运专线长大隧道的消防未有规范规定，通过对武广铁路客运专线大瑶山隧道群消防设计，重点从长大隧道消防系统的组成、系统的布置、设计参数选取、设备选型及控制等方面进行论述，提出长度在5 km及以上的客运专线隧道设备洞室采用脉冲式无管网超细干粉自动灭火系统，对未设防护门的设备洞室通过2组延时自动灭火装置分级灭火;对长度大于10 km的特长客运专线隧道增设水消防系统进行定点消防，可供高速铁路长大隧道消防工程设计借鉴。

高速铁路;长大隧道;消防系统;设计

我国铁路客运专线的长大隧道在不断增加，仅特长隧道目前就建成了10余座，在建的特长隧道则达数十座，这些长大隧道的建设缩短了铁路运行里程和运行时间，给人们出行提供了快捷方便，但作为铁路运输的咽喉要道，一旦发生火灾将对隧道和生命安全产生巨大的威胁。铁路客运专线长大隧道的消防一直是铁路消防的重点，但国内现行规范未有相关规定，结合武广客运专线大瑶山隧道群的消防设计进行探讨。

1 项目概况

武广铁路客运专线全长1 068.6 km，设计时速350 km，是我国铁路“四纵四横”快速客运网主要组成部分，也是我国首条超千公里级长大高速铁路干线，项目于2005年6月开工，2009年12月26日开通运营。

位于广东省境内的大瑶山隧道群，起讫里程为DK1908+264～DK1932+966.5，包含三隧两桥及小段路基，全长24.7025 km。其中3座隧道分别为:(1)大瑶山一号隧道，长10.081 km，起讫里程DK1908+264～DK1918+345;(2)大瑶山二号隧道，长6.02553 km，起讫里程DK1918+515.07～DK1924+540.6;(3)大瑶山三号隧道，长8.3876 km，起讫里程DK1924+578.9～DK1932+966.5。大瑶山一号和二号隧道之间设有长12.65m路基段及1座长157.4m黄土湾大桥。在里程DK1917+800～DK1918+993间设置防灾救援的“定点”段，定点段纵坡为“V”形，其中 DK1917+800～DK1918+400为3.1‰下坡，其余长度段为3‰上坡。大瑶山二号和三号隧道之间为长38.3m的湮眺中桥。

大瑶山隧道群采用单洞双线隧道，隧道净空断面为单心圆形式，轨面以上净空面积100m2，隧道两侧设置贯通的疏散通道，净空断面见图1。隧道衬砌结构采用C30混凝土或C35钢筋混凝土，耐火极限2 h。

图1 隧道内轮廓示意(单位:cm)

在大瑶山隧道群中设有99座设备洞室，其中电力变压器洞室5座，其他综合洞室(通风、通信、信号、电力等设备洞室)94座。这些设备洞室分布在隧道群内垂直线路方向，设备洞室有两种断面形式，具体尺寸见表1。

表1 大瑶山隧道群设备洞室有关设计数据一览

设备洞室防护门净高2.5m，净开度2.4m，日常为常闭，检修时手动打开。防护门防爆载荷不小于0.05MPa，防火极限不小于3 h。

2 客运专线隧道火灾的类型及特点

2.1 客运专线隧道火灾类型

客运专线隧道火灾原因一般分为3类:机车车辆故障火灾、电气设备故障火灾、人为事件火灾;其中电气设备故障火灾分为设备洞室的电气火灾和车体的电气火灾。

2.2 客运专线隧道火灾的特点

客运专线隧道为管状结构，一旦发生火灾，所造成的危害及损失大大高于地面，其火灾特点如下:(1)客运专线隧道一般位于崇山峻岭之中，隧道及设备洞室无人值守，火灾突发性强，难以及时发现火情并灭火;(2)火灾传播速度快，列车在隧道中高速行驶，有很大的活塞风效应，火灾蔓延迅速;(3)隧道空间相对封闭，断面小，与外界连接通道少，隧道中发生火灾时，排烟困难，能见度低，容易造成人员窒息死亡;(4)隧道狭长，疏散困难，发生火灾时，易造成群死群伤;(5)救援困难，一旦发生火灾，消防人员很难接近火源进行扑救;(6)设有防护门的设备洞室火灾属于相对密闭空间火灾，会造成停电和通信信号中断，可能造成列车火灾。未设防护门设备洞室的火灾，会造成火灾蔓延，危及列车;(7)由于隧道内的列车处于运动状态，隧道火灾位置具有不确定性，外部救援人员和设备也很难进入隧道进行扑救;(8)列车在隧道内发生火灾后，灭火、恢复整治时间长，间接损失大;(9)产生重大社会负面影响。

3 消防系统的选择

3.1 消防设计难点

(1)隧道已开通运行，大部分设备洞室未装防护门，不利于防火分区及消防防护。

(2)隧道群由3座5 km以上的隧道组成，隧道间的间距小，隧道长大密集，且设备洞室多达99座。

(3)客运专线隧道空间狭小，对外出口少，电力牵引，列车时速高。

(4)着火列车停在隧道内时，火灾燃烧产生的大量有毒浓烟，能见度低，易引起恐惧，扑火难度大。

(5)隧道为单洞双线隧道，中间无隔墙;火灾发生时一旦出现车辆脱轨等状况无法驶出隧道，人员需要在隧道内步行疏散，救援通道窄，人员密度高，会出现人员横穿轨道，利用相邻轨行区进行疏散等现象，易造成疏散危险。

(6)隧道设备洞室未装防护门，洞室火灾因活塞风效应易造成火灾扩散，常规消防方式难以扑灭未装防护门的洞室火灾。

(7)隧道灭火设备固定难度大，消防设施日常维护保养及检修困难。

(8)铁路已开通运营，消防设施的施工时间只能在夜间列车停运时段进行。

3.2 消防设计原则

(1)隧道内列车火灾遵循“先将列车拉出洞外再进行列车灭火”的基本原则，隧道内只考虑设备洞室的消防。

(2)在大瑶山一、二号隧道间170 m路基和桥上设消防救援点，救援点采用定点消防。

(3)救援点按170 m长范围内任意一节车厢灭火，其相邻车厢同时采取降温防护。

(4)设备洞室消防在现有条件下进行，防火设计方案应保证列车正常运行和行车安全。

(5)设备洞室采用各自独立的自动灭火系统，按每座洞室作为一个灭火单元。

(6)设有防护门设备洞室的自动灭火系统按同时启动设计，未设有防护门设备洞室的自动灭火系统按分级延时启动方式设计。

(7)救援点及设备洞室按规范配置手提式灭火器。

3.3 消防方式确定

长大隧道的消防一般不设消火栓系统，主要原因有:消火栓系统工程投资大，维护费用高(北方地区须考虑管道保温)，长期不用锈蚀严重。失火后洞内含氧量低，可见度差，温度高，消防人员可能无法准确、及时到达失火点，洞内的消防设施可能起不到应有的作用。另外，客运专线为电力牵引，失火后须断电消防。

作为客货共线的货运列车在长大隧道内失火后，一般采用封堵洞口灭火，并采取向火灾区注水降温等措施。作为客运专线长大隧道，视着火点的不同所采用的灭火方式也不同;对隧道设备洞室的电气火灾，采取自动灭火系统进行灭火;对客车在隧道内的火灾，采取疏散着火车厢乘客至相邻其他车厢，随后封闭该节车厢，将列车拉到隧道外的防灾救援的“定点”段，采用定点消防。

根据上述原则，对99座设备洞室的消防拟设置2个子消防系统，即自动灭火系统和灭火器系统;对失火客车将其拉到防灾救援段，采用定点消防。

3.3.1 定点消防方式的确定

自古以来，在消防上应用最广泛的灭火剂就是水。虽然现代科学技术日新月异，各种人工合成灭火剂层出不穷，但水仍以其适用性强、可靠性高、灭火效果好、对环境污染小，并且价格低廉，容易获得等优点，常作为灭火介质的首选。而在有给水管网设施的场所，消火栓系统是现代扑救火灾最基本的人工灭火手段，所以本工程定点消防采用消火栓系统。

3.3.2 隧道设备洞室自动灭火方式确定

针对隧道群设备洞室的电气火灾，目前较为有效和应用较多的是气体灭火系统、超细干粉灭火系统和细水雾灭火系统。

(1)气体灭火系统

气体灭火系统通常包含七氟丙烷灭火系统、二氧化碳灭火系统、惰性气体灭火剂等。

①七氟丙烷灭火剂属于化学灭火，有较好的灭火效率，但由于该灭火剂本身含有卤元素，在空气中存在时间约为15～20年，另外在火灾现场产生大量的氟化氢气体，与气态水结合，形成氢氟酸，对皮肤、设备、精密仪器、玻璃等有强烈的酸腐。加之，七氟丙烷灭火需要专用的储气瓶间和管网系统。

②二氧化碳灭火系统可扑救A、B、C类火灾，在高浓度下还可扑救固态深位火灾，灭火时不污染环境，对保护区不产生腐蚀和破坏作用，但在实际应用中通常采用高压液化储存的高压系统和低温储存的低压系统。高压储存，需要的瓶组数目多，占地面积大，对储存环境温度要求较严格。低压系统需要外设制冷设备，造价高，对运输管道也要求严格。

(2)高压细水雾灭火系统

高压细水雾灭火系统要求的系统压力高，对管材、管道配件及水泵的工作压力要求相应提高，系统复杂、造价较高，设备洞室分布在大瑶山隧道群，涉及水源、供电等具体问题，难以在已开通运营的铁路隧道中实施。

(3)超细干粉灭火系统

超细干粉灭火剂粒径小，流动性好，有良好抗复燃性、弥散性和电绝缘性，可有效地扑救A、B、C类火灾和带电设备火灾;既能应用于相对封闭空间全淹没灭火，也可用于开放场所局部保护灭火;对保护物无腐蚀、无毒无害、易于清理，不存在水系、泡沫等灭火剂因水渍污染造成的二次灾害;对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)为零，温室效应潜能值(GWP)为零，是一种环保型灭火剂。该灭火系统的灭火效率和性价比高，灭火效率是哈龙灭火剂的4倍、“哈龙”替代产品灭火剂的7倍，而造价却不足“哈龙”系统的1/4，FM200和CO2系统的1/5。同时超细干粉灭火系统还具有无管网、施工简单等优点，不涉及对既有电气设备的改动，是铁路隧道洞室灭火中较为理想的灭火剂。所以本工程设备洞室推荐采用超细干粉灭火系统。

因非贮压式超细干粉灭火装置是常态常压，没有压力泄漏的隐患，对灭火装置部分基本是免维护，所以本工程采用非贮压脉冲式无管网超细干粉灭火系统。

4 消防系统设计

4.1 隧道外定点消防系统

4.1.1 主要设计参数

(1)同一时间内发生火灾数按一处考虑。

(2)消防秒流量15 L/s;

(3)水枪充实水柱不小于10m;

(4)火灾延续时间2 h;

(5)消火栓间距50m。

4.1.2 设计内容

定点消防设计范围为大瑶山隧道一、二号间“V”形长170m(DK 1 918+345～DK 1 918+515)区段，设常高压消火栓系统，水源为山泉水，将泉水截流至沉砂井，再经管道重力流引至150m3高位消防水池，然后通过DN150涂塑钢管与定点范围的消火栓连通，消防水池最低水位高出定点处的轨顶面约37 m。定点范围设有6座DN65mm双阀双出口消火栓，对称分布在铁路两侧。消防流量按两股水流同时到救援点任何部位，同时还有1支水枪用于相邻车辆的安全防护，故消防用水量为15 L/s。

在大瑶山二号北要害看守房附近的消防器材间内，配备1个消防防护装备箱(内置20套消防防护装备)及4个消火栓灭火器箱(内置DN65，25 m水带2条，QZ19水枪2支，磷酸铵盐干粉灭火器4具)。

4.2 隧道内设备洞室消防系统设计

4.2.1 自动灭火系统

(1)组成

超细干粉自动灭火装置由壳体、气体喷发剂盒、铝箔喷口、引发器等组成。该装置在火灾发生后，无需外部消防报警设备，能自发启动。

(2)主要技术指标

①设计灭火浓度:0.13 kg/m3;②配置场所危险等级补偿系数:1.1;③防护区不密封度补偿系数:1.3;④超细干粉灭火剂喷射不均匀系数:1.5;⑤喷射时间:≤10 s;⑥灭火时间:≤20 s;⑦启动温度:68℃，两组间启动的延时间隔10 s;⑧使用环境温度:－40～+85℃;⑨相对湿度:95%(40±2℃)。

(3)自动灭火系统设计

大瑶山隧道群共设99座设备洞室，洞室体积有50m3(只有一座设有防护门)和118m3(设有防护门)两种规格，设备洞室均采用悬挂式无管网全淹没超细干粉自动灭火系统，在电气设备中安装温度传感器感温探测，24 V电压与悬挂式超细干粉灭火装置连接，探测温度准确，不受外界干扰，能实现联动。通过电引发附带定温启动，独立报警信号自动电控启动多台联动超细干粉灭火装置。采用发射火药作为气体发生剂，脉冲喷射。

客运专线隧道未设防护门的设备洞室在铁路客运专线隧道消防设计中无先例，是本消防设计的重点。这类设备洞室的电气火灾按最不利点情况考虑，灭火装置在探测到火灾启动时，灭火剂刚喷出，恰好有一列300 km/h列车经过，在±5.5 kPa列车活塞风作用下，洞室灭火剂少部分被抽出，影响灭火效果，此时需等列车通过后，重新启动另一组灭火装置重新灭火。列车经过洞室的时间3.6～5 s，设定第二批次灭火装置启动延时为10 s，通过2组延时自动灭火装置来实现灭火。设有防护门的设备洞室采用1组自动灭火装置。

根据设备洞室的大小，配置不同剂量的超细干粉。对体积为118m3的设备洞室沿三面墙体中间离地3m高处，各悬挂1具超细干粉自动灭火装置;对体积为50m3的未设防护门的设备洞室沿放置设备侧的墙面距地面1.8m高处等距离悬挂2具超细干粉自动灭火装置，在设备对侧墙体中间离地1.8m高处悬挂1具超细干粉自动灭火装置;对体积为50m3的设有防护门的设备洞室沿放置设备侧和对侧墙体中间距地面1.8m高处各悬挂1具超细干粉自动灭火装置。具体配置如下:①5座箱式变电站洞室，每座配备3具5 kg悬挂式超细干粉自动灭火装置;②设有防护门综合洞室配备2具4 kg悬挂式超细干粉自动灭火装置;③未设防护门综合洞室，每座洞室配备3具4 kg悬挂式超细干粉自动灭火装置，灭火装置设有延时启动器，采用分级延时启动方式，延时启动间隔时间为10 s，当第一组启动2具4 kg灭火装置，延时10 s启动第二组1具4 kg灭火装置，充分保证洞室灭火。

4.2.2 灭火器设置

(1)灭火器类型:ABC干粉灭火器。

(2)每座综合洞室均设灭火器箱1个，内置3具4 kg手提式灭火器。

(3)未设防护门综合洞室的灭火箱，要求存放在不锈钢制作的笼内，顶部不设护栏，钢制笼采用膨胀螺栓与地面固牢，具有防振及抗风压措施。

4.3 防灾救援疏散工程相关设施

按规范在每座隧道进口、紧急出口、中部横洞、出口平导等处各配备10套消防防护装备(内含灭火防护服、防护靴、消防手套、消防头盔、背负式空气呼吸器、佩戴式防爆照明灯等)。

5 监控管理系统

大瑶山隧道群设有防灾疏散“定点”段，在每个隧道设有疏散通道，制定了完善列车停靠时的防灾疏散与消防措施。根据相关研究，列车发生火灾事故后的残余运行能力的运行速度约为80 km/h，时间为15 min，残余运行能力的运行距离约为20 km，所以列车在隧道失火失去动力的情况下，仍能到达救援点。

进入隧道列车若发生火灾，立即通知有关部门和前后方两端车站做好消防准备，在可控的情况下尽量将列车开出隧道，避免将列车停留在隧道内。同时疏散着火车厢乘客至相邻其他车厢(疏散至相邻车厢时间约64 s)，随后封闭该节车厢以减少火势发展及蔓延的速度。根据列车着火部位，将列车着火部位停靠在“定点”(黄土湾大桥)中部，开展消防灭火。

隧道洞室内、疏散通道内设有事故报警电话(紧急电话)系统;隧道群疏散通道设有视频监控系统，在大瑶山隧道群防灾定点区段的隧道内两侧设有室外摄像机(并配置云台、红外灯)，并在大瑶山隧道内紧急出口以及疏散横洞/平导的进出口处设置摄像机，将摄像机视频信号接入邻近基站，通过区间传输网接入邻近车站的视频服务器，统一纳入到武广客运专线综合视频监控系统;隧道群疏散通道的GSM－R无线覆盖。

6 结语

现行《铁路工程设计防火规范》对长度在5 km及以上的客运专线隧道的消防未作规定，通过武广客运专线大瑶山隧道群的消防设计，结合广深港高铁狮子洋隧道、武广客运专线浏阳河隧道等工程的消防设计，对长度在5 km及以上的客运专线隧道设备洞室采用脉冲式无管网超细干粉自动灭火系统，对未设防护门的设备洞室通过2组分级延时自动灭火装置来实现灭火，对长度大于10 km的特长客运专线隧道(或隧道群)的消防同时推荐采用定点消防。武广客运专线大瑶山隧道群消防工程的实施，完善了武广客运专线隧道防灾疏散方案，为武广客运专线完成国家验收打下了基础，对在建客运专线铁路长大隧道的消防设计和已开通运营的铁路完善消防措施提供了借鉴，对确保武广客运专线运输的正点、安全、可靠，无疑有着极其重大的现实意义。

［1］中华人民共和国公安部．GB50015—2006 建筑设计防火规范［S］．北京:中国计划出版社，2006．

［2］中华人民共和国公安部．GB50140—2005 建筑灭火器配置设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2005．

［3］中华人民共和国铁道部．TB10063—2007 铁路工程设计防火规范［S］．北京:中国铁道出版社，2007．

［4］中华人民共和国铁道部．TB10020—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］．北京:中国铁道出版社，2009．

［5］北京城建设计研究总院．GB50157—2003 地铁设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2003．

［6］公安部天津消防研究所．50370—2005 气体灭火系统设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2006．

［7］公安部天津消防研究所．GB50347—2004干粉灭火系统设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2004．

［8］公安部天津消防研究所．CECS322∶2012干粉灭火装置技术规程［S］．北京:中国计划出版社，2012．

［9］铁道第三勘察设计院集团有限公司．铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范［M］．北京:中国铁道出版社，2012．

［10］湖北省公安厅消防局．DB42/294—2004 超细干粉灭火系统设计、施工及验收规范［S］．武汉:湖北省技术监督信息研究所，2004．

［11］占曙光，黄海龙．我国铁路长大隧道防火设计的分析［J］．铁道运营技术，2012(1):4－7．

［12］吴国华，李勇．超细干粉在客运专线铁路隧道设备洞室消防中的设计探讨［J］．铁道标准设计，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，高级工程师，1987年毕业于华中科技大学，工学学士，E-mail:whwsl@yahoo．cn。