公路特长隧道水消防系统设计与分析

成功 丁学姣

摘要：特长隧道的水消防系统设计与分析是一项关键而复杂的公路工程，由于隧道的封闭性和特殊的环境，事故一旦发生往往会对车辆和人员安全造成极大威胁。因此，提高隧道的安全性成为当务之急。隧道内部可能发生多种类型的火灾，包括油料火灾、车辆火灾等，因此水消防系统的设计需要考虑不同场景下的灭火效果，需要结合隧道的特殊环境和火灾特性，精心设计水消防系统，以确保在各种情况下都能够快速、有效灭火。隧道火灾是一种高温高能量、烟气浓度大的复杂灾害，传统的灭火手段难以应对，水消防系统因其高效、迅速的灭火特性，成为隧道灭火的有效手段之一，研究水消防系统的设计与分析，可提高对隧道火灾的防范和控制能力。

关键词：特长隧道；消防水池；有效容积；水消防系统

一、对特长隧道水消防系统配置的要求

特长隧道水消防系统配置需要满足几点要求。配置应能够全面覆盖特长隧道的各个区域，包括进口、出口、通道、服务区等，根据相关规范，结合隧道长度和交通量大小确定隧道消防系统设置规模，确保任何可能发生火灾的区域都能够受到有效灭火保护；系统配置应考虑到特长隧道内可能发生的多种火源和不同火势情况，确保水消防系统能够适应不同的火灾场景，采用灵活的灭火方式；水消防系统应具备高效的灭火能力，能够在火灾发生时迅速响应、释放大量水雾或雾化水，迅速冷却火源、抑制火势，确保火灾得到迅速控制；水消防系统配置应与隧道的紧急疏散系统相协调，确保在灭火过程中不影响人员的安全疏散^[1]。此外，也应考虑提供水喷淋系统的局部控制开关，以便应急人员在必要时手动控制喷淋；水泵采用自动和手动控制，启停信号须反馈到消防控制室，自动控制装置须与消防水池的液位显示控制装置联动，整合智能监测技术，实时监测隧道内的温度、烟雾浓度等参数，能够实现自动化的灭火决策，提高系统的响应速度和准确性；在灭火剂选择上，应考虑采用清洁、无毒、环保的水雾或雾化水，以确保在灭火过程中对环境和人员的安全避免造成二次伤害，符合绿色施工理念，追求环保和可持续性（如表1）。

二、公路特长隧道火灾危险性分析

（一）缺氧燃烧产生浓烟毒气，救援难度大

火灾产生的浓烟不仅对呼吸系统构成威胁，同时也会阻隔视线，使救援人员难以定位火源和被困人员；火灾会耗尽隧道内的氧气，导致缺氧，对被困人员和救援人员的生命安全构成直接威胁；火灾时，隧道中的建筑材料、车辆等燃烧会释放出有毒气体，如一氧化碳、氰化物等，对人体健康造成影响^[2]。

（二）交通量大，火灾发生概率高

公路特长隧道火灾危险性在交通量大的情况下确实会显著增加。在高交通量的隧道内，车辆携带燃油和其他易燃物品可能会导致火势更加猛烈，产生更多的浓烟和有毒气体，增加火灾危险性；高交通量隧道内车辆密度大，车辆之间的距离较小，一旦发生事故或火灾，可能导致火势迅速扩大，增加事故发生概率；大量车辆在隧道内行驶，一旦火灾发生，疏散通道可能会迅速堵塞，增加被困人员的疏散难度，进而影响救援工作的展开^[3]。

（三）救援困难，易发生二次伤害

火灾危险性与救援困难导致易发生二次伤害的问题确实存在。隧道内部空间有限，火灾导致烟雾浓烈，狭窄的通道和车辆阻塞可能妨碍救援人员迅速进入隧道和被困人员的安全撤离；火灾导致缺氧和产生大量浓烟，难以确保救援人员在进入隧道时拥有足够的氧气供应，并且浓烟可能携带有毒气体，增加了二次伤害风险；火源可能位于隧道的不同位置，而且火势发展速度不确定，这使得救援人员很难提前做好充分准备^[4]。

三、公路特长隧道水消防系统设计与分析

（一）消火栓给水系统

根据《公路隧道消防技术规程》（DBJ53-14-2005）规定，隧道采用常高压系统，即隧道消防用水经消防水泵提升至山上高位水池，高位水池再向隧道消防给水管网供水，如果需要提升水源的水压，可以考虑配置水泵系统，水泵应具备足够的流量和扬程，以应对不同位置的火源，保证消火栓系统正常运行；消火栓给水系统的布局需要考虑隧道的长度、宽度、高度以及可能的火灾场所，合理布局可以确保消防水源覆盖全隧道，并在紧急情况下提供足够的水量（水量如表2）；消火栓的位置应布置在隧道内各个关键区域，根据隧道长度和特点确定合理的消火栓数量，确保在任何位置都能够迅速取水；消火栓给水系统的管道系统需要合理设计，包括主管道、支管道和分水器等，管道直径和材质选择应符合隧道的消防水源需求，确保在火灾时提供足够的水压和流量；考虑给水系统的可靠性，可以设计备用供水系统，确保在一个系统发生故障时，另一个系统能够顺利接替，保持消防用水的持续性。

（二）消防水池高程设计及系统超压时减压措施

消防水池的高程设计和系统超压时的减压措施对确保系统正常运行和安全性至关重要^[5]。消火栓给水系统消防水池高程设计：高位水池设置高程按满足隧道内最不利点消火栓灭火时的压力要求进行设置，高位水池容积满足消防灭火水量要求，消防水池的高程应考虑到隧道内不同区域的水源需求，确保能够提供足够的水压和流量，水池的高程需要根据隧道的高程变化进行合理调整；确保消防水池的最低水位高程足够高，以满足系统的最小运行水压需求，通过水池设计和设置水池低水位控制装置来实现，如果系统中包含水泵，水泵的提升高程需要满足系统各个消火栓点的水压要求，水泵提升高程要考虑到隧道的长度、高度和水源位置等因素。系统超压时的减压措施：在给水系统中设置减压阀，以防止系统在水源压力过高时导致消火栓和管道损坏，减压阀应根据系统的水源压力和管道材质等因素进行合理设置；设置安全阀來防止系统压力超过安全范围。安全阀的设置压力应该略高于系统的正常工作压力，一旦系统超压，安全阀就会打开释放压力；在系统中设置压力容器，用于缓冲系统压力的波动，压力容器可以通过吸收过剩的水压来保护系统免受损害；引入智能监测与控制系统，实时监测系统的水压情况，对减压设备和阀门进行定期检查和维护，确保其正常运行，防止因设备故障而导致系统压力异常。

（三）高位水池有效容积设计

特长隧道水消防系统的高位水池是用于提供灭火用水的部分，设计高位水池有效容积时，需要考虑隧道长度、水源压力、系统消防需求等多个因素：根据系统设计要求和消火栓的水压需求，确定高位水池容积；确保水池能够在火灾发生时提供足够的水压和流量；考虑消火栓的布局和分布，确保水池容积能够覆盖不同位置的消火栓，保证在整个隧道内都能够迅速取水；水池的有效容积应当足够满足整个隧道长度内的灭火需求；隧道长度越大，需要的有效容积也越大；高位水池的有效容积与水源压力有关；较高的水源压力可以减少所需的水池容积，但需要确保水源压力在系统正常工作范围内；考虑高位水池容积与系统的稳定性关系，确保在紧急情况下系统能够提供可靠水源，满足隧道内的灭火需求；设计高位水池的水位控制系统，确保水池在正常运行时保持适当水位，以满足系统的消防水源需求。考虑水池中水的质量和温度，如果隧道地区存在严寒天气，需要采取防冻措施，确保水池水源在任何时候都能够正常使用；在设计中考虑设置备用供水系统，以确保在一个系统发生故障时，另一个系统能够顺利接替，保持消防用水的持续供应。

（四）隧道外消火栓和水泵接合器设置

在特长隧道水消防系統中，隧道外消火栓和水泵接合器的参数设置涉及到系统的水源供给和灭火效能。

1.隧道外消火栓参数设置：在隧道口水泵接合器同侧设置隧道外消火栓，确定隧道外消火栓的水压要求，以确保水源能够在远距离内提供足够水压，尤其是在系统的最高点；根据特长隧道的长度和灭火需求确定隧道外消火栓的流量要求，确保隧道外消火栓能够提供足够的水流以满足隧道内各个位置的需要，每个室外消火栓、水泵接合器流量均应按10～15L/S计算，消防一次灭火用水量不含室外消火栓用量（如表3）；考虑隧道外消火栓的设计，确保其能够覆盖隧道内各个区域，包括隧道顶部和隧道交叉口等位置。考虑隧道外消火栓的耐久性和防冻性，尤其是在寒冷地区，选择耐高低温的材料，确保系统能够在各种气候条件下正常运行。

2.水泵接合器参数设置：

隧道洞口行车方向右侧设水泵接合器，用于消防车对隧道内消防管网补水，设定水泵接合器的自动启动和停止参数，以确保系统在需要时能够迅速响应；同时设置带伸缩器的Y型过滤器，防止水中杂质堵塞水成膜泡沫灭火装置；根据系统的消防水源需求，确定水泵的流量和扬程要求，确保水泵能够提供足够的水流和水压；考虑水泵接合器的供水持续时间，即水泵能够持续运行的时间，这与水泵的油箱容量、燃油效率等因素有关；配备水泵接合器的监测和报警系统，以实时监测水泵的运行状态，设定报警参数，确保在异常情况下能够及时发出警报；考虑在可能发生电力中断的情况下，设置水泵接合器的备用电源，例如发电机或蓄电池系统。

结语

综上所述，通过隧道消防系统的隧道外消火栓、水泵接合器等参数的设置以及高位水池有效容积的设计，合理规划和科学配置参数，确保系统在火灾紧急情况下的高效运行和可靠性。设计不仅考虑灭火需求，更应关注系统的稳定性和合规性。在未来的实践中，期望优化设计能够为特长隧道的安全性和紧急灭火工作提供有力支持，保障行车安全和隧道使用顺畅。

参考文献

[1]赵永晖．谈公路隧道消防给水设计[J]．山西建筑，2017，43（03）：120-121.

[2]廖朝华，郭小红.公路隧道设计手册[S].北京：人民交通出版社，2012.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施：JTGD70/2—2014[S]．北京：人民交通出版社，2014.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑设计防火规范：GB50016—2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[5]彭怡，徐大伟.公路隧道消防给水系统中常高压系统与临时高压系统对比分析[J].2022，48（01）：111-117.

作者简介：成功（1992- ），男，汉族，河北保定人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：建筑给排水工程；丁学姣（1991- ），女，汉族，天津人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：建筑给排水工程。