严寒地区地铁长大坡隧道消火栓系统研究

魏随旺

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043）

0 引言

伴随着城市化进程的加快，为实现城市半小时经济圈，地铁规划已开始向城市周边新区延伸。位于西北某城市的地铁规划线路出现了单个隧道长度4.183km，上升高度88.3m，线路最大坡度29‰，接近规范中正线的最大设计坡度。针对地铁隧道火灾的特点，消火栓系统作为地下隧道重要的固定消防设施，承担着火灾时及时灭火的重要任务。如何在该段隧道内设置消火栓系统，并解决长大坡隧道长、系统供水范围大、高差大引起的管道超压和湿式系统电伴热保温工程量大、用电量大的难题，是研究的重点内容。

1 隧道及水源概况

A 站至B 站段隧道为城区向郊区延伸的第一个隧道，该隧道线路上坡既下穿动脉铁路、城市立交、高速公路，又跨河沟、穿越青山、上跨动脉铁路，是典型的山岭隧道。该段隧道其中某一段形式特征及水源条件见表1。

根据表1中隧道设计形式与参数，该地铁隧道具有隧道长、高差大、地形复杂的显著特点，被称为“长大坡隧道”。

表1 隧道具体形式特征及水源

2 气温条件

长大坡隧道所在地冬季极端气温约-28.1C，日平均温度低于5C 的天数长达136d，为严寒地区。

3 消火栓系统方案研究

3.1 方案一：A 站和隧道合设消火栓系统

A 站所在地水源为单路水源，因此在A 站设置消防水池和消防泵房，消火栓系统采用临时高压消防给水系统。消防水池有效容积储存车站室内外消防用水量，可满足隧道火灾时用水量需求，同时消防泵组流量也满足隧道消火栓系统流量要求。隧道上升高度高达88.3m，如果A 站与隧道合设系统，系统静压差超过1.0MPa，按照规定需要分区供水，因此方案一不可行。

3.2 方案二：A 站和隧道消火栓系统并联分区供水

当A 站和隧道消火栓系统并联分区供水时，虽然可以合设消防泵房，便于集中管理，但是需增加一套高区消防加压稳压泵组。经计算，消防加压泵的扬程为120m，稳压泵的扬程为110m，且由于隧道长度达4.18km，约2.9km 的隧道消防管道需要采用高压消防管材。

该方案系统不但供水范围过长，而且设备及管材、低压配电用电负荷均增加，大大增加了工程造价。同时，由于高区系统压力较大，管道接口渗漏的风险也大幅度增加，使行车安全存在较大隐患，因此方案二不可行。

3.3 方案三：A 站和隧道消火栓系统串联分区供水

根据土建方案，A 站与4 号、7 号联络通道兼区间风井的间距、轨面高差，以及增压泵站地面距轨面的高差数据统计见表2。

表2 串联增压泵站设置统计数据

利用A 站泵房作为一级泵站，如果在4 号联络通道兼区间风井处地下一层设置二级增压泵站，经计算车站一级泵站消防泵扬程为80m，二级增压泵站扬程为54m。如果在7 号联络通道兼区间风井处地下一层设置二级增压泵站，经计算车站一级泵站消防泵扬程为105m，二级增压泵站扬程为20m。在不考虑增加工程造价的情况下，两种系统均造成A 站消火栓系统严重超压，大大增加了安全隐患，因此方案三也不可行。

3.4 方案四：分段分区供水方案

根据表1，对长大坡隧道采取分段分区的消火栓系统供水方案。

3.4.1 隧道消防给水分区一

如图1所示，经计算A 站消火栓系统保护到3 号联络通道时，隧道消防管道长度为1.588km，上升高度为19.1m，消防主泵扬程为50m，泵组从水池吸水水位差最小5m，可满足隧道最不利点消火栓栓口0.25MPa 动压要求。车站消火栓系统正常运行时，栓口动压不超过0.7MPa。栓口动压超过50MPa 时，采用减压稳压消火栓，车站及保护隧道的消火栓系统整体安全可靠。如保护到2 号联络通道，则车站消火栓系统不能有效利用规范规定的动压减压空间，如保护到4 号联络通道，则水泵扬程增加到67m 以上，车站及隧道部分栓口动压将超过0.7MPa。

图1 隧道消防给水分区（一）

3.4.2 隧道消防给水分区二

如图2所示，结合隧道风井设置情况、出室外地面条件、水源条件，在7 号联络通道兼区间风井室外山坡上设置高位消防水池，对3 号—7 号联络通道的隧道设置常高压消防给水系统，该隧道长度为1.9km，上升高度为49m。当高位水池最低水位距风井地面15m，风井地面至轨面13.6m，可满足最不利消火栓栓口0.25MPa 动压要求，同时满足4 号联络通道兼区间风井地下一层消火栓栓口动压0.25MPa 动压要求，计算原理图如图3所示。超压的栓口可采用减压稳压消火栓。

图3 隧道消防给水分区（二）常高压计算原理图

3.4.3 隧道消防给水分区三

如图2所示，7 号联络通道兼区间风井—隧道洞口长度695m，上升高度20.2m，且由于7 号联络通道兼区间风井处高位水池设置高度无法满足洞口最不利消火栓栓口动压要求，因此该隧道消火栓系统必须通过加压供给。在该风井地下一层设置消防泵房，与室外设置的高位水池联合对上坡隧道消火栓进行加压供水。该段隧道管网设置干式消火栓系统，与风井内部湿式系统采用电动阀门相连。当该隧道发生火灾时，FAS 系统打开电动阀门，同时联动控制2 台加压泵和1 台充水泵共同向隧道干式系统充水，隧道最高处以及每隔200m 设置一个快速排气阀，经计算4min可充满管道，充水计算详见表3。

表3 管道充水时间计算表

图2 隧道消防给水分区（二）和（三）

3.4.4 系统运营方式

隧道消防给水分区（三）的消火栓系统以湿式系统为主，干式系统为辅，干湿结合运营。当设置场所平均温度大于5C 时，采用湿式系统运营，提高系统安全性。当设置场所平均温度低于5C 时，泄空干式系统管道中的水，采用干式系统运营。运营中应加强消防泵、充水泵、电动阀门的监测和维护，确保系统安全可靠。

4 结论

结合土建及水源条件，对西北某严寒地区市域快线地铁长大坡隧道消火栓系统进行了分析研究，结论如下：

其一，可以充分利用相邻车站的消火栓加压稳压设备，供给一定范围内爬坡隧道的消火栓系统，但供给距离不宜过长，否则会引起车站消火栓系统超压；

其二，设置高位消防水池，对下坡隧道设置常高压消火栓系统；

其三，在地势较高的风井内设置消防泵房，对爬坡隧道设置干式消火栓系统；

其四，当室外环境温度＞5C 时，干式消火栓系统可转换为湿式消火栓系统运营。

研究结果表明，采用分段分区、干湿式组合的供水方式是解决严寒地区长大坡隧道消火栓系统的最佳方案。