張保軍 吳鐵軍
(中交隧道工程局有限公司,重慶 400000)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,長(zhǎng)大過(guò)江隧道在沿海城市交通發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,隧道消防系統(tǒng)安全系數(shù)的提高至關(guān)重要,不定因素的車(chē)禍、故障、火災(zāi)等因素導(dǎo)致的應(yīng)急事件,越來(lái)越影響到隧道的正常運(yùn)轉(zhuǎn),見(jiàn)表1。
表1 國(guó)內(nèi)主要隧道里程表
目前國(guó)內(nèi)隧道主要的消防滅火系統(tǒng)主要有消火栓系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)、感溫感煙探測(cè)系統(tǒng)、火焰探測(cè)器報(bào)警系統(tǒng)、固定式水成膜泡沫滅火裝置、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、固定式水噴霧系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等。
在長(zhǎng)大公路城市隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),如果火勢(shì)較大,得不到及時(shí)控制,出現(xiàn)大量人員、車(chē)輛停滯的情況,無(wú)法前行導(dǎo)致出現(xiàn)重大安全事故,由于隧道公里數(shù)的增加以及車(chē)流量較大堵車(chē)、緩行等因素等導(dǎo)致救援到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,已經(jīng)錯(cuò)失最佳救援時(shí)間。因此,泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)的增設(shè)必不可少,泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)是泡沫閥組完成比例混合后采用噴頭噴灑至火源位置的滅火方式,它通過(guò)泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按比例混合成泡沫混合液,經(jīng)噴頭噴射泡沫到著火點(diǎn)部位精準(zhǔn)滅火,噴灑一定時(shí)間的泡沫滅火(不少于20min)。主要由泡沫/水噴霧噴頭、泡沫閥組箱、水噴霧泵組、泡沫泵組、穩(wěn)壓裝置、泡沫罐、控制柜和水噴霧總管等組成。該系統(tǒng)為隧道內(nèi)行駛?cè)藛T的安全逃離贏得寶貴時(shí)間,同時(shí)為隧道主體結(jié)構(gòu)提供了有利保障。以下內(nèi)容以南京揚(yáng)子江隧道為例來(lái)闡述泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用[1]。
滅火的原理和方法:隔離法滅火,隔離法滅火的基本原理就是將燃燒物體與可燃物質(zhì)進(jìn)行分離,或者是分割。燃燒無(wú)可支持物,就無(wú)法持續(xù)燃燒,然后逐漸停止;窒息滅火法,燃燒的持續(xù)需要有氧氣去助燃窒息,滅火法就是阻止氧氣空氣進(jìn)入燃燒區(qū),將燃燒物質(zhì)與氧氣隔絕,然后使燃燒不能持續(xù),逐漸滅火;冷卻滅火法,就是將低于火焰溫度的滅火劑直接噴灑在燃燒物上,可以使燃燒物質(zhì)的溫度降到燃點(diǎn)之下,從而使燃燒停止,最常見(jiàn)的就是用水滅火;抑制滅火法,就是滅火劑與可燃物質(zhì)進(jìn)行親密接觸,抑制可燃因素的產(chǎn)生,使燃燒反應(yīng)停止,最常見(jiàn)的就是用干粉滅火器進(jìn)行滅火。
長(zhǎng)大公路城市隧道火災(zāi)主要是以小型汽車(chē)火災(zāi)為主要火源點(diǎn),泡沫滅火劑采用3%AFFF 滅火劑,可以通過(guò)物理、化學(xué)作用,充填大量氣體后形成。泡沫密度遠(yuǎn)小于可燃物密度,與水按照一定比例混合后因此可以漂浮于可燃物表面,形成一個(gè)連續(xù)的泡沫覆蓋層,在降溫、冷卻、窒息、覆蓋條件下實(shí)現(xiàn)滅火作用。
長(zhǎng)大雙層隧道火災(zāi)的原因主要有車(chē)輛追尾、車(chē)輛故障、自燃等,其特點(diǎn)見(jiàn)表2。
表2 隧道主要火災(zāi)特點(diǎn)
針對(duì)隧道火災(zāi)的原因及特點(diǎn),常規(guī)的噴水和現(xiàn)場(chǎng)干粉滅火器滅火效果不明顯,影響了最佳滅火時(shí)間,主要理由:1)突發(fā)火情主要發(fā)生在行駛車(chē)輛下部或車(chē)輛車(chē)廂內(nèi)部,火焰開(kāi)始時(shí)較小,遮擋火災(zāi)位置,導(dǎo)致頂部噴水效果不明顯,部分部位噴射不到等情況。2)在采用水滅火時(shí),反而將產(chǎn)生大量水蒸汽,視線(xiàn)受阻且水蒸汽與濃煙的混合物比煙霧危害性更大。3)隧道距離較長(zhǎng),隨著行車(chē)方向存在坡度且是聯(lián)動(dòng)通風(fēng)后,熱量隨著行車(chē)道方向轉(zhuǎn)移。4)濃煙層流沿著隧道頂部隨著車(chē)流量方向移動(dòng),影響到逃生及救援人員撤離及進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng);5)噴水會(huì)導(dǎo)致濃煙分開(kāi),將空氣和濃煙混合,導(dǎo)致人吸氧困難,出現(xiàn)窒息危險(xiǎn),嚴(yán)重威脅隧道行車(chē)中的人員自身安全。
可以在距火災(zāi)60 米范圍內(nèi)使用泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng),能夠使火勢(shì)減少,冷卻熱氣,降低火勢(shì)蔓延速度,大幅度提高其固體物質(zhì)火災(zāi)和液體火災(zāi)、可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)(如汽車(chē)輪胎和其他車(chē)載固體可燃物)的滅火效果,同時(shí)使撲救活動(dòng)順利進(jìn)行,為火災(zāi)救援提供寶貴的時(shí)間。
長(zhǎng)大雙層過(guò)江城市隧道既有消火栓系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)滅火效果有限,須在救援人員達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)后采用該系統(tǒng),且逃生區(qū)域擁擠,長(zhǎng)大雙層過(guò)江城市隧道固有設(shè)置配置消火栓滅火系統(tǒng)和滅火器系統(tǒng),此時(shí)選用泡沫/水噴霧系統(tǒng)滅火顯得尤為重要。
泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)是以泡沫閥組完成比例混合后采用固定噴頭為噴灑裝置的泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng),它通過(guò)泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按一定比例混合成泡沫混合液,經(jīng)噴頭噴射泡沫到著火點(diǎn)上進(jìn)行滅火。噴灑一定時(shí)間的水噴霧泡沫液,然后再?lài)婌F冷卻。隧道泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)由供水管路、泡沫水噴霧泵及穩(wěn)壓裝置、供水管路、泡沫泵、泡沫罐、氣壓罐、減壓閥組、檢修閥組、控制閥組、隧道專(zhuān)用泡沫/噴霧控制閥組、隧道專(zhuān)用泡沫噴霧噴頭、泡沫管路及配件以及火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。
系統(tǒng)供水為穩(wěn)高壓系統(tǒng),平時(shí)由水噴霧穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)工作壓力;泡沫泵與泡沫穩(wěn)壓罐將充滿(mǎn)泡沫原液的泡沫管道維持在工作壓力狀態(tài)。滅火系統(tǒng)的啟動(dòng)方式為同時(shí)啟動(dòng)相鄰的三個(gè)防火分區(qū)(60m)的閥組箱。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),由兩路探測(cè)器(手動(dòng)報(bào)警按鈕信號(hào)、光柵光纖火災(zāi)探測(cè)自動(dòng)報(bào)警信號(hào)、雙波長(zhǎng)火災(zāi)探測(cè)自動(dòng)報(bào)警信號(hào)中的兩種報(bào)警信號(hào)組合)同時(shí)發(fā)出火警信號(hào)并確認(rèn)火災(zāi),火災(zāi)報(bào)警控制器與閥組箱之間通過(guò)輸入、輸出模塊聯(lián)動(dòng),消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)打開(kāi)相應(yīng)火災(zāi)區(qū)和緊鄰車(chē)型方向兩個(gè)區(qū)閥組箱中的雨淋閥電磁閥和泡沫電磁閥,供水管道壓力下降,水噴霧主泵啟動(dòng);同時(shí)泡沫原液管道壓力下降泡沫泵工作。泡沫液經(jīng)比例混合器混合后,向火災(zāi)區(qū)域供泡沫混合液,經(jīng)專(zhuān)用泡沫噴頭進(jìn)行滅火;系統(tǒng)具有自動(dòng)、手動(dòng)、應(yīng)急啟動(dòng)三種啟動(dòng)方式。如隧道火情通過(guò)隧道內(nèi)的火焰探測(cè)器,或手動(dòng)報(bào)警按鈕,或光纖光柵,或人工遠(yuǎn)程觸發(fā)等方式產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),上傳控制中心消防控制主機(jī),待人工確認(rèn)后進(jìn)行聯(lián)動(dòng)噴淋滅火。雨淋閥組的控制方式包括就地手動(dòng)控制、消防聯(lián)動(dòng)控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制等。 整個(gè)隧道發(fā)生火災(zāi)后隧道擴(kuò)禁止車(chē)輛進(jìn)入。火災(zāi)發(fā)生時(shí),著火點(diǎn)前后相鄰三組泡沫/水噴霧系統(tǒng)噴頭同時(shí)動(dòng)作,噴射低倍數(shù)泡沫與水混合液進(jìn)行滅火,持續(xù)時(shí)間20min 左右,后改噴水噴霧冷卻,持續(xù)時(shí)間60min,保護(hù)隧道長(zhǎng)度為60m。隧道內(nèi)泡沫水噴霧系統(tǒng)進(jìn)出水側(cè)設(shè)置壓力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制 ,防止閥組誤噴方面帶來(lái)安全隱患。由于隧道內(nèi)泡沫水噴霧閥組每隔20 米一組,數(shù)量龐大,每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)檢修耗時(shí)長(zhǎng)并且隧道內(nèi)車(chē)輛較大比較危險(xiǎn)。提高在線(xiàn)監(jiān)測(cè)能力,減少事故處理的故障率。
閥組箱內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)壓力源,可判斷各閥組各部件的壓力狀況,可在線(xiàn)判斷各閥組故障點(diǎn)。壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)或電動(dòng)信號(hào)進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能將測(cè)壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(如4-20mADC 等),以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)。
設(shè)置光電水侵傳感器,可判斷各閥組是否有滲漏。便于及時(shí)維修。水浸傳感器是檢測(cè)被測(cè)范圍是否發(fā)生漏水的傳感器,一旦發(fā)生漏水,立即發(fā)出警報(bào),防止漏水事故造成相關(guān)損失和危害。水浸傳感器廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、通信機(jī)房、發(fā)電站、倉(cāng)庫(kù)、檔案館等一切需要防水的場(chǎng)所。
監(jiān)測(cè)各閥組的傳感器所傳輸數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行收集分析對(duì)比,對(duì)問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。提高事故反應(yīng)能力及故障排除能力。
長(zhǎng)大雙層過(guò)江城市隧道泡沫/水噴霧閥組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究,包括雨淋報(bào)警閥、混合裝置、壓力監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)。根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)進(jìn)口壓力及雨淋閥控制腔壓力,以到達(dá)判斷水噴霧系統(tǒng)中的壓力變化值。每組水噴霧系統(tǒng)都對(duì)應(yīng)所屬監(jiān)測(cè)系統(tǒng),最終集中統(tǒng)一管理。每組水噴霧系統(tǒng)配置兩個(gè)壓力傳送裝置分別監(jiān)測(cè)進(jìn)口管網(wǎng)壓力和雨淋閥控制腔壓力,一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)判斷雨淋閥是否開(kāi)啟關(guān)閉,兩個(gè)信號(hào)蝶閥監(jiān)測(cè)閥組管網(wǎng)進(jìn)出口是否開(kāi)啟關(guān)閉,兩個(gè)控制電磁閥分別控制消防水管網(wǎng)及泡沫液管網(wǎng)的開(kāi)關(guān)。
在使用中,因控制腔失壓很大,造成雨淋閥開(kāi)啟誤噴現(xiàn)象,管網(wǎng)壓力下降,造成雨淋閥開(kāi)啟由于壓力不足,無(wú)法達(dá)到噴射效果。管道中有異物在使用中造成雨淋閥閥瓣卡阻,導(dǎo)致管網(wǎng)無(wú)法關(guān)閉持續(xù)噴射等很多問(wèn)題,無(wú)法及時(shí)判斷及處理。
根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),可及時(shí)判斷水噴霧閥組出現(xiàn)的很多問(wèn)題,防止因雨淋閥控制腔壓力不足造成的管網(wǎng)誤噴現(xiàn)象,及時(shí)定點(diǎn)出勤維護(hù)。可遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn),分段控制,判斷水噴霧閥組的可靠性及使用效果。在周巡檢及月巡檢中大大縮短巡檢時(shí)間。水噴霧系統(tǒng)閥組進(jìn)出水側(cè)設(shè)置壓力監(jiān)測(cè)及控制誤噴通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)代替人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),大大降低人員出勤頻率,遠(yuǎn)程壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別判斷操作簡(jiǎn)單,提高分析判斷問(wèn)題的效率,大大縮短尋找問(wèn)題的時(shí)間,及時(shí)處理問(wèn)題起到很重要的因素。
國(guó)內(nèi)外隧道內(nèi)火災(zāi)試驗(yàn)報(bào)告,火災(zāi)影響范圍一般為20m~30m,因此水噴霧噴水范圍的長(zhǎng)度一般定為50m 左右。為考慮隧道車(chē)流量較大且存在車(chē)量起火存在移動(dòng)現(xiàn)象,采用三組配合同時(shí)動(dòng)作,無(wú)論何處發(fā)生火災(zāi)均在最中間,達(dá)到最佳滅火效果。設(shè)置泡沫/水噴霧總管沿隧道縱向劃分滅火分區(qū),每區(qū)段長(zhǎng)度為20m,每區(qū)段隧道單側(cè)側(cè)墻上部分別設(shè)置泡沫/水噴霧遠(yuǎn)近射程組合噴頭4 只,每個(gè)區(qū)段設(shè)置獨(dú)立的泡沫/水噴霧控制閥組箱(內(nèi)含雨淋閥組、比例混合器、泡沫閥組)?;馂?zāi)發(fā)生時(shí),火災(zāi)點(diǎn)及其前后共三組泡沫/水噴霧系統(tǒng)噴頭同時(shí)動(dòng)作,噴射低倍數(shù)泡沫/水噴霧滅火,持續(xù)時(shí)間滿(mǎn)足20min 滅火應(yīng)急時(shí)間要求,后改水噴霧冷卻,持續(xù)時(shí)間60min,有效覆蓋長(zhǎng)度為60m[2]。
根據(jù)隧道路面寬度、高度和隧道專(zhuān)用泡沫噴頭的設(shè)計(jì)參數(shù)選用合適的泡沫噴頭;隧道內(nèi)選用隧道專(zhuān)用水成膜泡沫噴頭,噴頭材質(zhì)為304 及以上不銹鋼材質(zhì)(隧道潮濕,避免銹蝕等現(xiàn)象),噴頭規(guī)格按照隧道實(shí)際情況選取;隧道路面寬度小于 9.8 米,選用噴頭Q=5.4L/s,流量系數(shù)K=174,單側(cè)布置噴頭,滿(mǎn)足噴霧強(qiáng)度 6.5L/min·m2。 隧道路面寬度大于 9.8 米,選用噴頭Q=5.4L/s,流量系數(shù)K=174,雙側(cè)布置噴頭,滿(mǎn)足噴霧強(qiáng)度 6.5L/min·m2;泡沫水噴霧系統(tǒng)的強(qiáng)度≥6.5L/(min·m2),泡沫混合液噴射時(shí)間為20min,水噴霧防護(hù)冷卻時(shí)間≥60min,合計(jì)作用時(shí)間≥80min。泡沫混合液的濃度在3%~4%,所有隧道專(zhuān)用泡沫水噴霧噴頭處的壓力不小于0.35MPa;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況最終選用選用噴頭Q=5.4L/s,流量系數(shù)K=174,單側(cè)布置噴頭,最低工作壓力 0.35MPa。
綜合考慮以上因素,將保護(hù)長(zhǎng)度定為60m,三組同時(shí)滅火,泡沫/水噴霧系統(tǒng)水量為64.8L/s,由泡沫閥組控制,利用雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器的探測(cè)功能與感溫光纖有效結(jié)合,并根據(jù)監(jiān)控中心無(wú)死角覆蓋監(jiān)控,明火出現(xiàn)及溫度較高事故發(fā)生點(diǎn)位置,確定后控制任意前、后及中間三組水噴霧噴頭同時(shí)開(kāi)放,這樣可有效地進(jìn)行全覆蓋,無(wú)任何遺漏盲點(diǎn),使泡沫/水噴霧系統(tǒng)滅火系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮滅火作用,有效滅火,實(shí)現(xiàn)有效救援。
隧道共設(shè)兩處泵房,分別位于江北消防泵房和江南消防泵房。水泵選型即滿(mǎn)足江北端的消防泵房可供水至江北暗埋段及盾構(gòu)段約一半長(zhǎng)度的消防用水,江南端的消防泵房可供水至江南端的各匝道及盾構(gòu)段約一半長(zhǎng)度的消防用水,每處消防泵房均設(shè)消防泵、穩(wěn)壓泵、泡沫罐、氣壓罐等;N 線(xiàn)盾構(gòu)段泡沫/水噴霧系統(tǒng)的水噴霧干管為上層設(shè)置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管,S 線(xiàn)盾構(gòu)段泡沫/水噴霧系統(tǒng)的水噴霧干管為上層設(shè)置兩根DN200熱鍍鋅水噴霧干管和一根DN80 不銹鋼的泡沫干管,如下圖1 所示;供水干管分別在出消防泵房后、進(jìn)入隧道前成環(huán)以及泵房供水分區(qū)的末端成環(huán)。其中兩根水噴霧干管在盾構(gòu)段的兩端,并在干管的中部約200 米設(shè)置一根聯(lián)通環(huán)管,泡沫干管在盾構(gòu)段的兩端成環(huán),進(jìn)閥組箱通過(guò)比例混合器實(shí)現(xiàn)混合。
圖1 管道現(xiàn)場(chǎng)布置圖
系統(tǒng)供水管道進(jìn)入隧道的供水管前設(shè)有過(guò)濾器和控制閥信號(hào)閥和水流指示器,在系統(tǒng)供水上每200m 設(shè)置一只檢修蝶閥;消防給水管道穿越路面時(shí)應(yīng)有保護(hù)措施,穿越結(jié)構(gòu)變形縫須采取抗變形措施。為了防止極端情況下管道爆管,在系統(tǒng)供水管道上每200 米設(shè)置一套電動(dòng)檢修閥,用于緊急使用,最大限度減小影響。 DN80 不銹鋼水成膜泡沫原液管道穿越結(jié)構(gòu)變形縫時(shí),須安裝不銹鋼伸縮接頭。泡沫原液管道上每200 米設(shè)置一套檢修閥,同樣在進(jìn)入隧道的兩端泡沫原液管上設(shè)置信號(hào)閥和水流指示器等。隧道的每條隧道上、下層行車(chē)通道內(nèi),沿縱向劃分滅火分區(qū),間距20m 左右設(shè)置隧道泡沫/水噴霧閥組箱,沿隧道行車(chē)方向左側(cè)布置,主管道規(guī)格為國(guó)標(biāo)DN100 熱鍍鋅無(wú)縫鋼管,材質(zhì)為內(nèi)外壁熱鍍鋅無(wú)縫鋼管(內(nèi)壁先鍍鋅后涂塑以減小管損),承壓等級(jí)不小于2.5MPa,閥體采用材質(zhì)為304 及以上等級(jí)不銹鋼。每個(gè)閥組箱連接4 只泡沫水噴霧噴頭,噴頭單側(cè)布置,兩個(gè)噴頭的間距為5m。每個(gè)區(qū)段設(shè)置獨(dú)立的泡沫/水噴霧控制閥組箱(內(nèi)含雨淋閥組、比例混合器、清水電磁閥、泡沫電磁閥、壓力表、信號(hào)蝶閥等設(shè)施)。泡沫與水按照比例混合有效實(shí)現(xiàn)滅火且泡沫水噴霧滅火系統(tǒng)在江南消防泵房設(shè)置10套水泵接合器,江北消防泵房水泵接合器5 套水泵接合器在突發(fā)事件中實(shí)現(xiàn)供水。在泡沫閥組箱內(nèi)設(shè)放水管,消防測(cè)試及火災(zāi)報(bào)警使用后管道及時(shí)放空,便于日常養(yǎng)護(hù)又避免了漏水事件。
綜上所述,采用三組60 米的滅火區(qū)域有效地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)全覆蓋,避免了火勢(shì)左右蔓延的情況且采用泡沫/水配合的方式,達(dá)到及時(shí)降溫的效果,隨著越來(lái)越多長(zhǎng)大雙層過(guò)江城市隧道的建設(shè)越來(lái)越多,里程越來(lái)越長(zhǎng),泡沫/水噴霧系統(tǒng)在火災(zāi)應(yīng)急事件中發(fā)揮了重要的作用,在火災(zāi)來(lái)臨和發(fā)生時(shí),在救援人員無(wú)法到達(dá)的時(shí)間范圍內(nèi),可以大大減少火災(zāi)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失;可以讓人們通行更加安全、放心、安心地行駛在便捷的道路上。