高速公路隧道消防技术分析

高速公路隧道消防技术分析

陈潇唱

重庆市交通规划勘察设计院有限公司， 401121

摘要：高速公路隧道消防技术对于维护隧道安全有着重要意义，相关工作人员需要做好这一方面的工作，因此必须做好该方面的消防安全防护工作。本文将从高速公路隧道中涉及到的一些重要系统设施，浅析高速公路隧道消防技术，致力于提升我国消防设备运行强度，从而减少和避免隧道这一特殊环境中火灾发生。

关键词：高速公路；隧道；消防技术

现阶段，我国的社会科技水平逐渐提升，高速公路工程也开始由城市范围过渡到山区，国家高速公路网建设日益完善^[1]。交通运输业的迅速发展，使得高速公路的重要性也日益凸显，尤其是山区高速公路长大纵坡及隧道密集，车辆频繁使用刹车、天气高温或人为原因导致洞内发生火灾，若消防措施不到位，可能导致交通瘫痪甚至危害到群众生命财产等问题。

1高速公路隧道运营消防系统

1.1消防设施设计原则

消防设施与通道设计原则：以人员逃生为主，车辆疏散、财产保全、灭火为辅；以自救为主，外部救援为辅。隧道消防设施的设置水平限于扑灭汽车油箱火灾及普通货物火灾及以下水平。

高速公路消防灭火设施设计内容应包括灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、隧道消防给水设施及其他设施等^[2]。

1.1.1灭火器

为使司乘人员在发生上述火灾时能迅速采取自救措施，及时扑灭初起火灾，或控制火情，为专业消防人员赢得时间，所有高速公路隧道都必须设置灭火器。单洞双车道高速公路应在隧道一侧设置灭火器，单洞三车道高速公路隧道宜在隧道两侧交错设置灭火器。灭火器单侧设置间距不应大于50m，考虑到施工误差的因素，此间距一般设计为45m。灭火器应成组设置在灭火器箱内，每组所设灭火器具数宜为2-3具。灭火器箱门上应注明“灭火器”字样。高速公路灭火器宜选用磷酸铵盐干粉手提式灭火器，灭火剂充装量不应小于5kg且不应大于8kg。

1.1.2消火栓及固定式水成膜泡沫灭火装置

公路隧道交通工程与附属设施的配置等级根据隧道单洞长度和设计年度预测隧道单洞年平均日交通量两个因素划分为了A+、A、B、C、D五级，等级为A+或A的高速公路必须设消火栓系统及固定式水成膜泡沫灭火装置。等级为B的高速公路宜设消火栓系统及固定式水成膜泡沫灭火装置。等级为C或D的高速公路对消火栓系统及固定式水成膜泡沫灭火装置的设置不作要求。

设有消火栓和固定式水成膜泡沫灭火装置的高速公路隧道一定设有灭火器，三者应成组安装于消防箱内，消防箱宜固定安装在隧道沿行车方向的右侧壁消防洞室内，单洞双向通行两车道隧道可按单侧布设；单洞双向通行两车道以上的隧道其消防箱可按单侧布设，但还应在隧道另一侧交错设置灭火器箱。

单洞双车道高速公路隧道消防箱间距不应大于50m，考虑到施工误差的因素，此间距一般设计为45m。单洞三车道、四车道高速公路隧道消防箱间距不应大于40m，考虑到施工误差的因素，此间距一般设计为35m。

消防箱内一般配置3具磷酸铵盐MF8/ABC干粉灭火器，双栓口减压稳压消火栓1套，25米长DN65衬胶消防水龙头带2条，19mm水枪2支。容积为30L的固定式水成膜泡沫灭火装置1套, 固定式水成膜泡沫灭火装置的消防卷盘选用长25m,口径19 mm的胶管，泡沫枪为带开关的吸气型泡沫枪，口径为9 mm，连续供给时间不小于20分钟，射程不小于6米。隧道洞外设室外消火栓和水泵接合器。

1.1.3水成膜灭火装置工作原理

水成膜泡沫灭火剂在水溶液中能起泡，其水溶液比水轻，所以它能浮在燃液表面，因此被称作“轻水泡沫灭火剂”。瑞港公司生产的环保型水成膜泡沫灭火剂对石油类和B类火灾的灭火作用优于蛋白泡沫和氟蛋白泡沫。它的灭火原理，除具有一般泡沫灭火剂的作用外， 还有当它在燃烧液表面流散的同时析出液体冷却燃液表面，并在燃烧液面上形成一层水膜与泡沫层共同封闭燃液表面，隔绝空气，形成隔热屏障，吸收热量后的液体汽化稀释燃液面上空气的含氧量，对燃烧液体产生窒息作用，阻止了燃液的继续升温、汽化和燃烧。它和其它灭火剂的根本区别是“水成膜”泡沫灭火剂具有泡沫和水膜的双层灭火作用，这是它灭火效率高、时间短的原因。

1.2高速公路隧道给水系统

1.2.1消防水源

1、河流、溪流、泉水等地表水

如果洞口附近有河流或溪流，且有合适高差和较平坦的地势给我们放置沉砂池和低位水池的话，通常我们会在河流或溪流上筑一定规模的拦水坝取水作为消防水源；如果有泉水，通常是直接在泉眼处接水管至低位水池作为消防水源。

2、深层或浅层地下水

如果洞口附近的河流或溪流没有条件筑拦水坝取水，在靠近河流或溪流的合适位置可打浅水井取水作为消防水源；如果隧道洞口附近无河流或溪流，可以选取洞口附近合适位置打深井取水作为消防水源。

3、村落、城镇的自来水管网

如果洞口附近有村落或城镇长期在使用自来水，我们可以接自来水至低位水池作为消防水源。

4、隧道涌水

如果隧道开挖后有岩层地下水经隧道排水沟顺坡排出设置了高位水池一端的洞口，我们就可以利用这部分隧道涌水作为消防水源的有效补充。

值得注意的是，枯水期需辅以水车补水方式（补水时间不宜超过48h）进行补水，以确保隧道消防用水安全、可靠。

1.2.2给水方式

高速公路消防给水宜采用高位水池供水的常高压给水系统，即隧道消防水源经消防补水泵提升至山上高位水池，再向隧道消防给水管网供水。当无条件设置高位水池时，可采用稳高压供水系统。

高位水池设置高程应满足隧道内最不利点消火栓灭火时的压力要求。高位消防水池采用埋置式钢混结构。隧道消防系统端口供水动压力为不小于0.4MPa，当静水压力超过1.0MPa时须设置减压阀组减掉多余静压。每支水枪设计流量不小于5L/S，充实水柱为13～15m。

1. 长度大于3000米的长隧道，一次灭火同时使用水枪数按4支考虑，消防给水流量不小于20L/S，隧道灭火持续时间为4小时；

2. 长度为1000~3000米的长隧道，一次灭火同时使用水枪数按4支考虑，消防给水流量不小于20L/S，隧道灭火持续时间为3小时；

3、长度小于1000米的中长隧道或短隧道，一次灭火同时使用水枪数按3支考虑，消防给水流量不小于15L/S，隧道灭火持续时间为2小时。

隧道消防给水干管宜采用DN150或DN200的热镀锌无缝钢管，隧道洞内消防干管均采用沟槽卡箍柔性管接头，有消防支管处设法兰连接短管，以便维修。隧道内消防给水干管敷设在隧道行车方向右侧电缆沟内，接消火栓的消防支管宜采用DN80热镀锌无缝钢管连接。消防水管在洞外采用法兰连接并埋地敷设，在地势陡斜处增设混凝土支墩固定^[3]。

1.3高速公路隧道高位消防水池及低位集水池

为保障隧道消防系统充足的灭火水量和水压，设有水消防的高速公路隧道均设置高位消防水池，同时按容积1:1设置低位集水池，保障水源安全。高位水池有效容积应满足隧道所有消防用水量要求，同时考虑隧道冲洗所需的调节容量。

如果水源是集于水井的地下水，那隧道潜水泵将水提升至低位集水池，再由水泵房内的补水泵提升至高位消防水池。水泵控制不仅需要完成水泵房内的补水泵与高位消防水池的液位监控仪之间的联动，还需要完成取水口处的潜水泵与低位水池的液位控制器之间的联动。低位水池蓄水少于蓄水容积2/3时，应启动水井内潜水泵对其进行补水，当池内水位达到溢水水位时应停止供水补给。

如果水源是自来水，则需在自来水进水管上安装水位控制阀来实现自来水进水的启停。在当低位水池池内水位达到溢水口处时应自动关闭水位控制阀停止供水补给。当低位水池蓄水少于蓄水容积2/3时，应自动开启水位控制阀对其进行补水。

当高位消防水池内蓄水水位低于最低水位时应立即启动水泵房内补水泵对其进行补水，当池内水位达到溢水水位时应停止供水补给。

当路段监控站监控系统显示高位水池当前液位高度低于最低水位要求时不能进行隧道冲洗作业，如果正在进行隧道冲洗，则应要求作业人员立即停止冲洗作业^[4]。

1.4隧道洞外横穿路面消防管道

为提高隧道供水可靠性，隧道左右线消防管道应形成环网，则应在隧道进、出口洞外设置连通管道，还有部分洞外消防引水管道会横穿路面，这些横穿路面的管道最好在土建路面施工前进行埋设，车行道路下面管道埋深应不小于1.2米，人行道路下面管道埋深应不小于1米，并须加钢管保护。管道采用法兰连接，所有埋设于路面下的管道均须加设钢管保护并进行镀锌防腐处理。

1.5车（人）行横洞防火门

隧道内设有车（人）行横洞，供人员逃生和车辆疏散使用，人行横洞设置平开门，车行横洞设置防火卷帘门，将隧道上、下行线分隔为相互独立的区域，在火灾时将相邻的隧道作为应急救援、避难场所。在每个横洞上、下行线出口设有横洞控制箱，用以控制人行横洞内的照明或车行横洞内的照明和防火卷帘门，车行横洞内照明灯与防火卷帘门为联动控制，同时打开或关闭。当发生火灾时，开启车行横洞的防火卷帘门，信号灯给出指示信号，提供车辆及人员的疏散通道。

车行横洞防火卷帘门采用钢质防火、防烟卷帘，其各项性能应满足现行《防火卷帘》（GB 14102-2005）^[5]的规定外，尚应满足下列要求：

1. 卷帘材料及零部件应环保、耐腐蚀。

2. 当隧道长度小于3000米时，防火卷帘门的耐火极限不低于2小时，当隧道长度不小于3000米时，防火卷帘门的耐火极限不低于3小时。防火卷帘两侧设置启闭装置，具有自动、手动功能，并可由控制中心联动控制。

人行横洞防火门正常情况下应关闭，开启方向应为疏散方向，应能在门两侧开启，且具有自动关闭功能。其各项性能应满足现行《防火门》（GB 12955-2008）^[6]的规定外，尚应满足下列要求：

1. 人行横洞防火门采用钢质A类隔热防火门，

2. 当隧道长度小于3000米时，人行横洞防火门的耐火隔热性、耐火完整性不应低于2小时，当隧道长度不小于3000米时，人行横洞防火门的耐火隔热性、耐火完整性不应低于3小时。防火门上方采用和门扇同等耐火等级材料。

2高速公路隧道防灾救援方案设计

2.1安全疏散和救援系统

隧道发生火灾时，为将人员伤亡和财产损失控制在最低限度，应尽可能快地疏散人员和车辆，并确保消防人员能快速进入到火灾现场扑救。隧道应设置安全、疏散设施(避难指引设备及人员逃生通道)、防灾排烟系统等设施，制定完善的防灾救援计划，利用隧道内设置的监控系统和消防设施进行救援，以达到人员逃生、排烟灭火的目的。隧道防灾救援计划应贯彻“以人为本，预防为主，防消相结合；监控有效，措施有力，疏散有序，助救与自救相结合；早期发现，及时灭火，移动式与固定式灭火相结合”的原则。

2.2救援防灾设施

（1）安全疏散设施：隧道两端洞口设置转向车道，在隧道入口处设可变情报板。未进入隧道的车辆根据火灾信息提示，或从相邻隧道疏散，或停车让行，不再进入着火隧道，以免灾害进一步扩大和产生新的交通阻滞。同时隧道内设置了应急照明，即使在市电停电而柴油发电机尚未启动时仍能为隧道提供人员逃生的照明亮度。

（2）两条隧道之间利用车行横洞和人行横洞作为连接通道，供人员逃生、车辆疏散和抢险救援使用。车行横洞结合地质情况约750米设置一处，人行横洞设置间距为250米并不超过500米。在人行横洞设置自动关闭的手推防火门，在车行横洞设置可远控的电动防火门。

（3）隧道设置有完善的交通诱导与控制系统（包括可变情报板、交通信号灯、车道控制器、车行横通道标志）、火灾报警系统、闭路电视监视系统和紧急广播系统等。

（4）长大公路隧道通风是防火救灾不可缺少并行之有效的重要手段，为防止隧道火灾产生的烟雾快速弥漫而引起能见度降低及减轻烟气对人体的毒害作用，隧道设置防灾通风系统。其中1km～5 km的隧道采用“射流风机”纵向通风。

（5）隧道消防箱内设置了消火栓、灭火器和固定式水成膜泡沫灭火装置，灭火器箱内设置了灭火器，便于司乘人员自救和专业消防人员救援灭火。

2.3救援组织计划

救援组织计划充分考虑隧道的通风、报警设备和信号的配置，紧急救援可能遇到的问题和困难，事先编制有关控制程序，并根据演习和实际事件予以修正。

（1）发生火灾后，车辆司乘人员首先自救。隧道管理人员在得到火灾报警后，按隧道救援组织计划执行，具体顺序如下：

1、当隧道内火灾检测器、手动报警按钮、紧急电话发出火灾报警信号时，"监控中心值班人员"立即将监测画面切换至相应的摄像机监测的火灾区域进行火灾验证并录像（火灾自动报警系统只要发出火灾报警信号，系统就立即自动进行录像，无须人工确认），当确认发生火灾后，立即向"监控中心负责人"报告火灾案情。请求执行防灾救援预案，得到"监控中心负责人"授权后，"监控中心值班人员"立即执行相应的防灾救援预案，即隧道控制系统由正常情况下的系统控制方式转入相应火灾情况下的系统控制预案，进行通风、照明、交通系统等联动控制。同时报告路政执法队、火警119、交警110、急救120等相关单位，并请求相关单位派专业人员到现场负责指挥、调度以及进行人员救援和火灾灭火工作，

并对全路段进行交通管制，通过无线广播发布隧道火灾信息。

2、关闭隧道，禁止车辆继续驶入隧道。即两隧道洞口的显信号灯均显示为"红灯"禁止通行，可变限速标志显示为"0"，可变情报板显示为"隧道火灾，禁止通行"。隧道管理人员立即进入隧道，组织疏散、救援、灭火。

3、火灾工况下的通风控制：

按照火灾情况下开启相应的风机并保持正转，进行火灾通风，控制洞内风速在2～3m/s左右，阻止烟雾逆流，使火灾上游车辆和人员处于安全无烟状态，火灾下游车辆可以以正常行车速度通过隧道出口逃离隧道。同时开启隧道内所有的照明系统，以便救火及人员的逃生。

隧道通风在变电所内设置有自动控制和手动控制装置，同时在风机安装现场设置有风机现场控制箱，发生火灾时，风机现场控制箱的控制指令优先级别最高。当隧道发生火灾时，无论原来风机处于何种状态，均可由风机现场控制箱进行现场控制，火灾完毕，可恢复原有控制方式。

4、火灾上游的车道控制器沿行车方向变为红灯，禁止车辆继续前行,火灾下游的车道控制器保持不变,火灾下游的车辆以正常速度通过出口逃离隧道。非火灾隧道车道控制器改为双向交通模式，即将非火灾隧道的左车道的车道控制器沿原来的行车方向依次将原来的绿灯改为红灯后，再将背向行车方向的车道控制器由红灯开启为绿灯。在双向交通模式下，非火灾隧道内的原有车辆通过右车道驶离隧道，左车道用于人员的逃生及消防车进洞灭火。

5、在上一步完成后，开启火灾上游所有横通道门，打开横通道指示器。火灾上游人员弃车，通过隧道进口或从横通道进入非火灾隧道进行疏散，并且保证紧靠火灾点的两条横通道的风流是由非火灾隧道流向火灾隧道，避免烟雾污染正常隧道的环境，从而对行人造成伤害。横通道照明与横通道门联动控制，即门开灯亮。

6、广播系统进行广播，引导人员进行疏散,并提醒所有人员尽量沿非火灾隧道左侧人行道疏散，避免发生二次事故。

7、在人员及车辆疏散完成后，为消防救援阶段。此阶段应组织相关人员对火灾上游进行检查，确保车上人员全部撤离，并保持风机转向，方便消防救援人员进入火灾现场上游进行灭火。

8、当隧道发生火灾时，由当地消防部门派就近的消防队进行救援灭火。假设左线隧道发生火灾，消防队可通过两种方式进入隧道灭火。一种是消防队从隧道小桩号侧过来，则可通过隧道小桩号侧的右线进入路段，行至右线隧道进口，沿右线隧道右车道行驶，再通过火灾上游侧的车行横洞至隧道左线的火灾现场进行灭火；另一种是消防队从隧道大桩号侧过来，则可通过隧道大桩号侧的左线进入路段，行至左线隧道进口，直接沿左线隧道进入到火灾现场进行灭火。若火灾上游侧隧道内弃留的车辆很多，阻碍消防车到达火灾上游现场，则灭火救援人员在乘车到达最靠近火灾的地方后需步行至火灾现场，并充分利用隧道内的消防设施实施灭火救援。

9、专业消防队进行灭火，灭火后开启所有射流风机，风机的转向保持不变，使火灾烟雾尽快沿隧道出口排出洞外。

10、灭火后，由公路管理部门和交警部门进行现场勘察，共同研究决定两隧道采用何种交通控制模式。

（2）正常运营情况下，若出现车辆抛锚或交通事故，在不阻塞一个车道时，要进行交通控制，使车辆有序地通过隧道，用拖车拖走事故车辆或抛锚车，若阻塞车辆通行时，车辆通过横通道有序地进入另一隧道通过，另一个隧道暂时变为双向交通，用拖车拖走事故车辆或抛锚车辆，使该隧道交通畅通。

（3）需要说明的是火灾状态控制程序不是一成不变，须根据现场情况灵活运用，尽量简化程序，在救援和灭火时应尽量采用减小火灾影响范围的方式从耗时最短的路线接近事故地点，尽可能减少人员伤亡和救援灭火难度。

3消防系统的日常维护及措施

在我国高速公路建设发展繁荣背景下，高速公路隧道迅猛增加, 特长公路隧道不断涌现。公路隧道一旦发生火灾事故, 直接损失、间接损失惨重，为了确保人民生命安全以及提升我国道路行进安全，搞好公路隧道的消防系统意义重大。

3.1火灾报警装置的维护

当大量的人及货物(尤其高危险性的货物) 夜以继日的通过环境相对密闭的隧道运送到各地的情况一出现, 通常车辆在隧道内热量不易消散, 任何细小的事故都可能增加了隧道火灾的潜在危险。而隧道火灾时温度较高, 扑救相当困难, 往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。为了保障人民生命财产的安全, 消防安全设计是必不可少的: 隧道要有合理的便于人员疏散的结构布置, 要有火灾发生的预测、 预警装置, 要有行之有效的灭火设施, 要有平时和紧急状态的通风系统, 总之要有强力的隧道消防系统。光栅传感器、烟雾报警器是否清洁；机房内有无积水或者漏水现象；电缆及电缆中间接头、终端头是否有漏油、溢胶、放电、过热等现象^[7,8]。

3. 2水成膜设施维护

保持整套设施的清洁完整，每个月至少一次对水成膜设施进行放泡沫液实验，每次时间不低于 1 min；通过观察泡沫液亮管上泡沫液的刻度及时补充泡沫液；对于不能放出泡沫液或者放出的泡沫液浓度不够的点，要对整套系统逐一排查，及时更换损坏的部件。

3. 3消防栓、消防水带以及消防水枪维护

每周检查消火栓是否完好，有无生锈、渗水现象，接口垫圈是否完好，并进行放水检查，检查完后及时擦干。定期对消火栓加润滑油； 每月检查消火栓箱门是否完好，是否能够正常开关，发现问题及时更换和维修^[9]。

3. 4高位水池、低位水池及其自动化提水设施维护

每天对高低位水池进行巡查，检查水位状态；每次抽满水后的两天通过对水位下降的高度来观察水池是否存在漏水，如果存在漏水就及时进行补漏处理；每周对自动补水装置进行实验，并且要检查线路、水泵、报警器是否处于正常工作的状态。

3. 5供水管线维护

每天对隧道内供水管线进行巡查，确保无漏水、无爆管，水压正常；露天管网长期日晒雨淋，因此要确保对外管网的防腐、除锈处理； 确保管网保温结构的完整。对于冬季某些区域温度过低，要做好人工化冰的准备。

3. 6干粉灭火器定期更换

定期对隧道内干粉灭火器进行检查，如有丢失及时更换；检查灭火器压力表的外表面不得有变形、 损伤等缺陷， 否则应更换压力表； 检查干粉灭火器压力表的指针是否指在绿区（绿区为设计工作压力值），否则应充装驱动气体；灭火器喷嘴是否有变形、开裂、损伤等缺陷，否则应予以更换；灭火器的压把、阀体等金属件不得有严重损伤、变形、锈蚀等影响使用的缺陷，否则必须更换；筒体严重变形的、 筒体严重锈蚀或连接部位、筒底严重锈蚀必须报废。

结语

综上所述，在建设高速公路的消防设施时，应当综合考虑当地的实际情况，按照消防系统建设相关规定，做好管道的建设工作，更好地保证车辆的通行安全。对于提高消防设施抵御火灾及保障人员安全的能力显得尤其重要, 为了保障民生命财产的安全, 消防安全技术是必不可少的。

参考文献：

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[4]中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范:JTG D70/2-2014[S],2014.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.防火卷帘:GB 14102-2005[S],2005.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.防火门:GB 12955-2008[S],2008.

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[9]张亚魁.浅述高速公路隧道消防技术措施及维护管理[J].中国科技纵横,2018,(1):179-180.