寒冷地区某交通枢纽地道消防设计

闫 鹏

（上海市政工程设计有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年来随着城市化进程的推进，越来越多的城市开始建设集航空、城际铁路、城市轨道交通、公路交通、城市道路交通（含出租车、小客车、公交巴士等）于一体的大型综合交通枢纽。大型交通枢纽的建设不仅可以为人们的出行提供便利，也成为推动城市经济增长的强大引擎。立体交通枢纽的构建通常离不开交通地道，一个大型交通枢纽往往会包含数条城市交通地道，如何合理规划系统布局是消防设计的重点之一。另外，北方寒冷地区冬季气温往往低于0°C，地道消火栓系统的防冻问题也是消防设计的重点。目前国内尚无针对性的规范，因此需要设计者结合项目具体情况，采取合理的设计方案，最大限度地杜绝事故隐患，同时减少工程投资。文本将结合实际工程，探讨某交通枢纽交通地道消防设计思路。

1 工程概况

该工程位于既有乌鲁木齐地窝堡机场以及以北改扩建工程区域内，根据道路设计方案，在拟建机场和既有机场范围内的进场通道、飞行区等区域内新建10条地下通道。除5#地道外其余地道封闭段均采用单洞双孔箱形截面，标准断面采用双向2～6车道。地道内严禁通行危险品货车。各地道布置如图1所示。各地道暗埋段长度见表1。

图1 地道总体布置图

表1 地道基本参数表

由于该工程地道数量较多，位置相对分散，如果每条地道单独设置消防泵房，势必造成极大的浪费。另外，地道大部分路段均位于机坪下方，机坪地面不允许设置泵房疏散出口，因此泵房无法设置在机坪下方，只能设置在机坪以外区域。综合以上因素，本着供水可靠、投资节约的原则，该工程共设置两座消防泵房。如图1所示，消防泵房A设置于6#地道西侧洞口外，为1#、2#、3#及6#地道供水；消防泵房B设置于4#地道与8#地道之间，为4#、5#、7#和8#地道供水。两座泵房内各设置一座有效容积为220 m3的消防水池。

2 地道消火栓系统设计

2.1 消防水源及用水量

乌鲁木齐机场整个场区设有室外加压供水系统，由给水加压泵站及给水管网组成。给水加压泵站设置于机场工作区，近期规模为2.2万m3/d，最高时用水量为1 800 m3/h，供水压力不小于0.28 MPa。该工程地道室外消火栓用水就近接自机坪室外消火栓管网或市政给水管网，供水流量不小于30 L/s，动压不小于0.10 MPa。该工程地道室内消防用水由1#、2#消防泵房供水，每座泵房均从场区市政给水管上引入一根DN150给水管，引入管上设置低阻力倒流防止器。

根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（以下简称“建规”）第12.1.2条与第12.2.2条，该工程中各条地道分类及消火栓用水量见表2。9#、11#地道为四类地道，可不设室内消火栓系统，仅设置建筑灭火器。

表2 地道消防用水量表

2.2 地道室内消火栓系统

该工程地道室内消防给水系统采用稳高压系统，供水能力按所在隧道一次火灾消防用水量考虑。综合考虑地道的平面布置，分两座泵房分别供水。消防泵房A为1#、2#、3#及6#地道供水，泵房内设消防水泵房，内设消火栓泵（20 L/s，0.95 MPa，45 kW，一用一备）两台、消火栓增加稳压设备一套及消防水池一座（有效容积220 m3）。消火栓增压稳压设备包括消火栓稳压泵（5L/s，0.55 MPa，7.5 kW，一用一备）两台、气压给水罐（有效容积300 L）一只及其他相关配件。消防泵房B为4#、5#、7#和8#地道供水，泵房内设消防水泵房，内设消火栓泵（20 L/s，0.78 MPa，37 kW，一用一备）两台、消火栓增加稳压设备一套及消防水池一座（有效容积220 m3）。消火栓增压稳压设备包括消火栓稳压泵（5 L/s，0.55 MPa，7.5kW，一用一备）两台、气压给水罐（有效容积300 L）一只及其他相关配件。

消火栓箱均匀布置于地道侧壁内，设置间距不大于50 m，最不利点消火栓的供水压力不应小于0.30 MPa。消火栓箱内设DN65单出口消火栓两只，配置一支ø19 mm水枪，衬胶水龙带（水龙带长度25 m，直径65 mm），附设消防软管卷盘（长度为30 m）、消防按钮，安装时要求消火栓口距离检修通道1.1 m。

地道内消防干管敷设在检修道下方管沟内，并在洞口及洞内每隔500 m处连通形成环状管网。消火栓管道沿线最高点设置自动排气阀，最低点设置泄水阀，每隔5个消火栓箱设检修阀门。当消火栓栓口出水压力大于0.5 MPa时，采用减压稳压消火栓。

乌鲁木齐市位于新疆中部，冬季寒冷漫长，属于严寒地区。因此该工程的难点在于地道内消火栓系统的保温与防冻。对于严寒地区消火栓系统的防冻设计，通常有以下三种措施：电伴热保温、放水保温和干式消火栓系统。三种措施的优缺点比较见表3。

表3 三种防冻措施比较

乌鲁木齐地处欧亚大陆腹地，气候干旱，水资源匮乏，另根据地质勘查报告，该工程50 m勘察深度范围内未见地下水，因此放水保温措施不适用于此工程。

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974—2014）第7.1.6条，干式消火栓充水时间不应大于5 min，管道流速不宜大于2.5 m/s，计算得最远供水距离为750 m。该工程3#、4#、6#、7#、8#地道长度均远超750 m，因此不宜采用干式消火栓系统。另外考虑到3#、4#、6#、7#、8#地道交通量较大，且位于机坪下方，一旦发生火灾，灭火不及时造成的影响大，所以采用保温效果好，响应及时的电伴热保温措施，保证系统内水温不低于5℃。该工程1#、2#、5#地道长度均小于500 m，可以满足5 min内系统充满水的要求，为了节约投资及运行维护费用，采用干式消火栓系统。

3 保温电伴热设计

3#、4#、6#、7#、8#地道采用电伴热方法防冻，其做法是在管道及设备表面缠绕发热电缆，外侧再包裹保温材料绝热层、防潮层和保护层。利用发热电缆对管道及设备进行加热，以补偿消防水在低温环境下的热量损失。发热电缆的启动及关闭由温控器来控制，当探测点温度低于设定值时，发热电缆启动，维持管道与设备温度不低于5℃，避免消防水被冻结。

为了提高保温效果，避免保温层被外力破坏，该工程地道消防干管布置在消防管沟内。保温材料选用泡沫橡塑，外包0.5 mm厚的铝合金保护层，做法如图2所示。

图2 地道管沟内消防水管保温示意图

电伴热计算如下：

式中：QB为管道散热量，W/m；T0为需要电伴热维持的水温，即管道表面温度，取5℃；Ta为极端平均最低环境气温，取-38℃；λ为绝热材料导热系数，W/（m·℃）；D1为绝热层内径，mm；D2为绝热层外径，mm；αs为绝热层外表面向周围环境的放热系数，取11.63W/（m2·℃）；1.3为安全系数；tm为绝热层内外表面温度的算术平均值，℃；f为保温材料修正系数，泡沫橡塑取1.23；QTB为管道实际散热量，W/m。

电伴热的具体设计需要结合厂家的产品规格进行，此次计算仅依据国标图集03S401对散热量、用电功率进行估算。管道外裹保温层厚度越大，所需电伴热功率越小，但是受地道断面限制，管道保温层厚度不能太大。该项目根据以往类似工程经验，保温层厚度取50 mm。为了便于计算，将地道按200 m长度划分计算单元，每个单元包含的管道如下：DN150钢管200 m，DN65钢管17 m。通过计算得知，DN150钢管实际散热系数QTB=33.0 W/m，DN65钢管实际散热系数QTB=18.5 W/m。可选用105 m长的恒功率电热带4根，每根功率1 785 W。按此可计算得各条地道用电功率见表4。

表4 地道电伴热用电功率计算表

4 干式消火栓系统设计

4.1 干式消火栓系统特点及其分类

干式消火栓系统的特点是快速启闭装置后的配水管网内不充水，火灾发生后由火灾报警系统或者消火栓箱内的消防按钮开启快速启闭装置和快速排气阀，将配水管网内的空气迅速排出，同时管道充水，转换成湿式系统。干式消火栓系统可以分为以下三种：

（1）手动干式系统。系统管道为干式，系统不设固定式消防泵等给水设施，火灾发生后，系统消防用水由消防车内的消防泵通过水泵接合器供给，这种系统对市政水源及市政救援的消防车要求较高。

（2）半自动干式系统。系统入口处设有雨淋阀、电动阀或电磁阀等快速启闭装置。快速启闭装置后的配水管网内不充水，火灾发生后由消火栓箱内的消防按钮或者火灾自动报警系统开启快速启闭装置向系统内充水，转换为湿式系统。系统设置固定式消防供水设施，可以满足消防所需的流量与压力。

（3）全自动干式系统。系统快速启闭装置采用干式报警阀，报警阀后的管道内平时充满压缩空气。开启消火栓阀门后，报警阀开启，同时联动快速排气阀前的控制阀开启，将系统内的空气迅速排出并充水，继而向开启的消火栓供水灭火。系统设置固定式消防供水设施，可以满足消防所需的流量与压力。

手动干式系统供水需要等消防车到达后才能开始，响应速度慢，工程中较少采用。全自动干式系统需要额外设置一套气体增压设备，系统复杂，初期投资及维护成本高，设计中较少采用。半自动干式系统响应速度较快，系统简单，明显优于全自动干式系统，因此设计中应用较多。综合以上分析，该工程1#、2#、5#地道采用半自动干式消火栓系统。

4.2 干式消火栓系统设计

该工程1#、2#、5#地道的干式消火栓系统由室外消火栓、消火栓水泵接合器、雨淋阀、室内消火栓、配水管道、快速排气阀、泄水阀及分段控制阀组成。系统工艺如图3所示。

图3 干式消火栓系统示意图

干式消火栓系统的设计流量与压力除了要满足正常的消防工况要求外，还需要满足充水时间不大于5 min。因为1#、2#、5#与其他地道合用消防泵，消防泵的设计流量取各条地道流量最大值，即20 L/s。所以按照20 L/s的充水流量计算得各地道充水时间见表5，可以满足规范要求。

表5 干式消火栓系统参数表

干式消火栓系统的响应速度比湿式系统慢，因此规范要求消火栓系统应优先采用湿式系统。为了提高干式消火栓系统的响应速度，该工程在非冰冻季节采用干湿交替运行的方式，即当春季、夏季和秋季室外气温高于0℃时雨淋阀常开，使阀后管道内充满水，湿式运行；当室外气温低于0℃时，复位雨淋阀，并排空阀后管道内的消防用水，消火栓系统干式运行。

5 结语

本文结合具体案例讨论了严寒地区城市交通地道消火栓系统设计方案及防冻措施，在设计中应根据实际情况合理选择设计方案，使得系统既能满足火灾时快速灭火的要求，又能节省工程造价。以下是几点设计体会：

（1）对于含有多条地道的大型交通枢纽，应结合地道的平面布置及周边场地环境，在满足消防要求的前提下，合用消防泵房，节约投资与运行管理费用。

（2）寒冷地区地道消防系统应合理选择防冻措施，当采用湿式系统式，应尽可能将消防干管设置在消防管沟内，提高保温效果，同时避免保温层受到外力撞击损坏。保温层的厚度应结合地道断面尺寸和电伴热能耗统筹考虑。

（3）通过对几种类型的干式消火栓系统进行比较，寒冷地区地道消防采用半自动干式消防系统较为合理。干式系统设计时，除了做好消防工况下的设计外，还需要校核管道充水时间与水泵流量，保证不超过规范要求的充水时间。