喷淋泡沫系统在公路隧道中的应用

闫文军

摘要：公路隧道在运营过程中存在巨大风险，车辆故障、火灾、抛洒、交通事故是典型的公路隧道运营事故。根据调查报告：平均每年每30km隧道内发生一次火灾事故，其频率十分高。隧道火灾造成的经济损失和财产破坏难以估计，并且隧道火灾扑灭困难。现在隧道通过设置火焰检测系统及CCTV系统及时发现隧道内火灾；设置消火栓及自动喷淋泡沫系统灭火。本文结合南京长江隧道喷淋泡沫系统，论述了喷淋泡沫系统在公路隧道中的应用的成功经验。

关键词：隧道，双波长，喷淋系统，联动控制。

中图分类号：U45文献标识码： A

隧道为使公路、铁路从地层内部通过而修建的特殊构造物，是一种虽然具有与外界直接连通的开口、但又相对封闭的有限空间。隧道结构的特殊性，使其火灾具有烟雾不易散失、现场环境温升快等特点，往往会导致火灾蔓延速度加快、波及范围增大；灭火难度加大。这些因素会增加人员疏散和救援的困难，严重威胁隧道结构的安全，容易造成重、特大事故。随着我国公路、铁路建设的发展，越江隧道、海底隧道等日益增多，隧道消防系统安全设施配备已成为新的技术热点。

一、隧道火灾危险性分析

1 隧道火灾的分类

火灾依据物质燃烧特性，可划分为A、B、C、D、E5类。其中，A类火灾指固体物质火灾。这种物质通常具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、煤、棉、毛、麻、纸张、汽车轮胎等火灾；B类火灾指液体或可熔化固体物质火灾。如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡等火灾；C类火灾指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气等火灾；隧道主要火灾为A、B、C类。

隧道火灾：可能为燃油和车载货品同时燃烧，A类和B类火灾同时存在，因此，隧道内火灾具有蔓延速度快、危害性大、灭火难度大等特点。

2 隧道内火灾有以下特点

2.1 烟雾大，温度高。由于隧道空间小，近似密闭状态，隧道一旦发生火灾，烟雾比较大，燃烧产生的热量不易散发，火灾可能将隧道照明系统破坏，能见度低。

2.2 疏散困难。隧道横断路小，道路狭窄，发生火灾时除了人员疏散困难外，物资疏散也极其困难；车辆一辆接着一辆，要疏散存在一定难度，火灾在车辆之间的蔓延也比较快，且每一辆车都有油箱，如汽油燃烧将加剧火势发展。

2.3 扑救困难。隧道发生火灾，消防人员进入路线缺乏，很难接近火源扑救，如发生在整条隧道中心，即便从隧道口到现场有时有上千米或者更长距离。

3 典型隧道火灾案例

1999年3月，勃朗峰隧道位于连接法国和意大利的重要公路上，一辆比利时冷藏运输车起火，烧毁2辆紧急救援车、23辆卡车、10辆小客车和1辆摩托车，死亡38人，900m长隧道的顶部被严重破坏。

2013年9月，一辆马自达轿车在重庆南岸真武山隧道往四公里方向行驶时突然起火，熊熊大火很快将全车包围。所幸，司机在火势蔓延之前及时逃生，事故未造成人员伤亡。

2014年3月，山西省晋城市福安达物流公司驾驶人李建云驾驶着载有29吨甲醇的重型罐车行驶至岩后隧道路段，发生交通事故，造成隧道内42辆汽车、1500多吨煤炭燃烧，并引发液态天然气车辆爆炸，大火烧了73小时才被扑灭。

近几年来，国内隧道火灾也时有发生，且常常因为没有设置安全可靠的自动灭火系统，致使火灾未能及时得到控制，造成严重的人员伤亡和经济损失。更令人担忧的是火灾破坏隧道结构而造成的安全隐患。因此，对于公路、过江隧道、海底隧道等，需设置安全可靠、技术先进的消防安全系统，包括防火系统、火灾探测及联动控制系统、灭火系统等。 隧道喷淋泡沫灭火系统就是很好选择。

二、双波长火灾检查报警

双波长火焰探测器：可靠、先进并具有高灵敏度和极低的误报率的特点，该探测器利用火的特定波长，及火焰闪烁频率判定火灾，不受隧道内风速影响，响应速度快，它安装在隧道侧壁易维护。日本在1979年开发双波长火焰探测器，并取得良好应用效果。1981年日本的《公路隧道消防设施设置标准》中制订了应用双波长火焰探测器标准。日本的90%的隧道采用该产品，在浙江甬台温、猫狸岭、牛官头隧道群中成功地应用，随后的重庆石黄隧道、宁波常洪隧道、杭州绕城高速公路黄鹤山隧道及温州黄泥岭、朴头岭隧道都得到各方好评。

三、隧道喷淋泡沫灭火系统

通过对隧道火灾特点的分析，以及对现有灭火技术的比较，可以看出，在隧道内设置喷淋泡沫灭火系统，不仅可大幅度提高对A类火灾和B类火灾的灭火效能，而且是目前国际上最先进、最理想的隧道灭火系统之一。其特点为：

1 结合了喷淋系统和泡沫系统的优点

发挥了泡沫灭火和喷淋冷却、控制火焰的优势，既可通过泡沫隔断氧气有效灭火，又可通过水气蒸发窒息而防止复燃；既可节省泡沫混合液，又可保证安全性，因而具有极强的灭火能力和较高的环保性。3%AFFF具有泡沫和成膜的双重灭火作用，因此灭火时间短、效率高，是一种新型的安全可靠、操作方便的灭火系统。

2 喷淋和泡沫系统灭火优势

对于A类和B类火灾的灭火，其优势在于喷淋雾滴冲击动量大，混合泡沫液可直达燃烧面，泡沫隔绝氧气，可有效覆盖流淌火灾，并防止复燃，极大程度地满足隧道内灭流淌火的需要。系统喷淋后，可快速削减火灾热量，降低辐射热，从而大大降低燃烧对周围结构的危害；快速降低挥发性气体浓度，减少爆炸风险；有效覆盖着火物，减少回燃和跳闪；大幅度提高能见度和光透射率，削减烟雾。目前，在国内比较重要的城市隧道内，都设置了喷淋消防系统。

四、隧道喷淋泡沫灭火系统在隧道中的应用

由中铁第四勘察设计院设计隧道工程的南京长江隧道，快速城市公路隧道，江中心与隧道口高差50米，为市区双向6车道隧道。国内外上海崇明岛隧道，武汉长江隧道，南京长江隧道，使用双波长火焰探测器，隧道喷淋泡沫灭火系统。设置了以下消防系统：

隧道内行车方向左侧每隔50m设置喷淋箱内配置水成膜泡沫灭火装置、手动报警装置等，并在隧道洞口工作井设置室外消火栓及水泵接合器。

考虑到隧道中部发生火灾时逃生及救援难度较大，并结合隧道内通风竖井的设置以及火灾时隧道内温升影响范围等因素，在隧道内全程，设置自动喷淋泡沫灭火系统。自动喷淋泡沫灭火系统与隧道内火灾自动检测报警系统实施联动控制。

1 选择喷淋泡沫系统

分析国内外众多隧道火灾事故，发现大多数是由于2车相撞引起，火灾类型有A、B、C类，但主要是A类及B类流淌火灾。水成膜泡沫是应对A类及B类流淌火灾最有效的灭火剂，所以，近几年大多数隧道内消防系统选择自动喷淋泡沫消防系统。

2 自动喷淋泡沫灭火系统选用

2.1 泡沫灭火剂选择

本系统泡沫灭火剂选用3%AFFF水成膜泡沫灭火剂。

2.2 系统组成

喷淋泡沫联用消防系统主要由喷淋泡沫联用组合喷头、喷淋阀组控制箱、喷淋泵机组、泡沫泵机组、泡沫和喷淋总管、火灾探测器及报警控制器等部件组成。系统具有自动、消防控制中心手动、现场紧急手动等启动方式。

2.3 喷淋泡沫系统主要技术参数

2.3.1 喷淋泡沫联用灭火系统采用低倍数泡沫。

2.3.2 泡沫混合液供给强度：6.5L/min · m2。

2.3.3 混合比：3%。

2.3.4 喷射时间：20min。

2.3.5 系统设计流量：70L/s。

2.3.6 最不利点压力：0.35MPa。

2.3.7 防护冷却持续时间：120min。

2.4 系统功能

在隧道的暗埋段及圆形隧道段内设置喷淋泡沫联用灭火系统。隧道纵向每25m为一个保护区段，内设喷淋泡沫联用组合喷头5只，布置在隧道侧墙（设喷淋阀侧）上部。每个区段设置独立的喷淋阀控制组箱。

隧道两端消防泵房内的喷淋泵引出两根DN250管道，经泵加压后的水流分别经信号蝶阀、水流指示器后沿两条隧道纵向敷设，全线贯通，为隧道内喷淋泡沫联用系统供水。在喷淋供水总管上每隔10组喷淋系统设1只阀门，在总管的最高点设放气阀，在隧道最低点设放水阀。

隧道两端消防泵房内的泡沫泵引出两根DN80管道，沿两条隧道纵向敷设，全线贯通，为隧道内喷淋泡沫联用系统输送加压后的泡沫液。

水灾发生时，相邻两保护区段内的喷淋控制组箱内的阀组开启，15个喷淋泡沫联用组合喷头同时动作，喷射抗干扰较强的低倍数泡沫灭火，持续时期20分钟左右，后改喷喷淋，持续时间可达2个小时。

2.5 DN150隔膜式喷淋阀要求

流线形阀体，组合式隔膜阀芯，最小开启压力不高于0.5公斤，喷淋阀前设减压阀（满足高压功能，以解决压差过大导致水压不稳定的问题）。

采用抗腐蚀的隔膜（进口膜片），在保证阀门零渗漏密封的前提下同时保证刚性，同时必须提供进口膜片的进口货物报验单及其相关测试试验报告。

组合式隔膜（非皮碗式），避免长期带压状态下隔膜由于受力不均而产生变形导致阀门渗漏或误开。

阀体内外采用粉末喷涂方式进行涂层，增加阀体的抗腐蚀性能。

带防复位功能，提高系统可能性。弹簧式手动复位开关，复位程序简便。

在线维护—阀门维护时，无需卸下阀体。阀体结构要紧凑。

2.6 自动喷淋阀组箱

自动喷淋阀组是本系统的控制核心，具有自动、手动和应急手动3种启动方式。控制阀组供水管道入口压力工作范围为0.4～0.8MPa，泡沫液管道入口压力工作范围为0.4～1.2MPa。阀箱入口供水管道管径DN300，公称压力PN16；泡沫液管道DN50，公称压力PN16。

2.7 系统流量设计值及管径确定

自喷区段每25m设置1组自动喷淋阀组，阀组流量按隧道断面分别计算，标准断面为33.8L/s。考虑泡沫混合液供给裕度系数1.05，泡沫混合液设计流量取82L/s。消防供水主管管径为DN300。泡沫原液流量为0.03×82=2.5L/s，考虑到压力变化附加系数1.1，则泡沫泵设计流量取为2.8L/s。

2.8 系统构成

自动喷淋泡沫灭火系统采用阀后干式系统，以隧道纵向25m为一个灭火区间，每25m设置1处自动喷淋阀组。以南京长江隧道喷淋系统为例。当某一区间发生火灾时，系统可启动相邻2个区段同时灭火。整个隧道允许同时出现2处隧道灭火。

2.9 泡沫原液用量

火灾发生后，火灾探测器向消防控制中心报警，在得到控制中心命令或启动信息后，联动声光报警器、火灾应急广播、通风等设备并启动消防水泵机组和泡沫泵机组及火灾区域喷淋阀控制组箱，火灾相邻两保护区段内的15个喷淋泡沫联用组合喷头同时动作，喷射抗风干扰较强的低倍数泡沫灭火，持续时期20分钟左右，后改喷喷淋防护冷却。

3 消防控制系统

火灾时，由火场附近双波长火焰探测器直接检测到火灾向中控室报警，隧道监控室通过隧道内的摄像监控系统确认火灾后，及时利用隧道洞口可变情报板、广播通知后续车辆禁止进入隧道，并关闭隧道入口。洞内设置自动喷淋泡沫灭火系统区段内，报警系统会及时联动该区段内50m范围内3处阀组打开(需经监控室确认)，自动进行喷淋泡沫灭火。

五、南京长江隧道消防喷淋系统联动试验说明

1 试验设备简要联动试验简要说明

南京长江隧道泡沫喷淋系统试验六种工状：左线入口明挖段、左线盾构段、左线出口明挖段；右线入口明挖段、右线盾构段、右线出口明挖段。主要设备包括：BAS；FAS系统设备，情报板、语音、信号灯。

2 长江隧道火灾报警流程

一、

3 南京长江隧道喷淋系统点火试验（CRT）

南京长江隧道双波长探测器与喷淋系统联动方案为双波长火焰探测器触发火警，联动喷淋喷水阀，喷淋灭火，联动试验有以下几种状况可以模拟：下面以图说明：

3.1 F1；F2；F3区着火，W1双波长探测到火警，CRT主机弹框报火警，F1；F2；F3喷淋框闪烁，30秒内在弹出报警联动信息框区内点执行联动，弹出报警确认对话框，请选择确认人栏选：admin；请输入密码栏输入：2222；点对话框下面确认。F1；F2；F3区喷淋开。火灾主机点断定持续3S，FAS联动，BAS主机点联动确认，BAS联动信号灯、广播、情报板等，试验结束，工作井设定消防喷淋泵。

3.2 W1----W2中间区着火，W1，W2双波长探测到火警，CRT主机弹框报火警，F2；F3；F4喷淋框闪烁，30秒内在弹出报警联动信息框区内点执行联动。同上，F2；F3；F4区喷淋开。

F1区F2区F3区 F4区F5区 F6区F7区 F8区 F9区 F10区 F11区 F12区 (25m/区)

W1W2W3 W4 W5W6(50m/报警区)

3.3 火灾试验后复位（BAS）

南京长江隧道双波长探测器检测到火警，喷淋系统联动，扑灭隧道火灾后，中控室电话通知浦口、梅子洲工作井值班人员手动关闭喷淋泵。隧道维修人员现场手动喷淋阀复位。中控室火灾主机复位，监控设备位隧道监控系统复位：选择：消防系统→隧道内消防→隧道左线复位（隧道右线复位、工作井复位）。隧道联动设备复位。

4 南京长江隧道双波长探测器与喷淋系统联动方案

双波长火焰探测器触发火警联动喷淋喷水阀应遵循如下原则：

6.1 联动要求

6.1.1每间隔50米布置一个双波长火焰探测器，联动3个喷淋区域，见下图：

车行方向 → (由左向右)

F1区F2区F3区F4区F5区 F6区F7区F8区 F9区 F10区 F11区 F12区 (25m/区)

喷水区域

报警区域

W1W2 W3W4 W5W6(50m/报警区)

注：探测器的安装位置自两个喷水区域分界线向行车方向偏移了7.5米。

6.1.2当W1双波长火焰探测器接收到火警信号，在第一延时时间(暂定10秒，可通过密码设定调整)无其它火警信号则确认联动F1区、F2区和F3区的喷水阀，但须在第二延时时间(暂定30秒，可通过密码设定调整)内CRT主机弹出提示框，提示确认联动，或取消联动，如30秒内无确认联动或取消联动操作，则系统30秒后执行取消联动操作。

6.1.3若W1双波长火焰探测器接收到火警信号，在第一延时时间内W2双波长火焰探测器也收到火警信号，则联动F2区、F3区和F4区的喷水阀。其余功能和过程同序号2情况。

6.2 图形显示终端（CRT）显示和操作要求

6.2.1 当图形显示终端（CRT）接收到任意一个报警信号后，除了即时将报警点所在的平面图切换为当前显示画面外，还需立即弹出人工确认火灾报警信号的信息窗口。弹出的信息对话框需有联动执行的倒计时显示，用户可以选择“执行联动”或“取消联动”，以实现是否要对喷淋进行联动控制。如果在这段时间内不予确认，系统将在设定时间内自行取消联动控制（该时间可调）。

6.2.2 一旦执行了“取消联动”操作，用户可直接点击相关的喷淋阀（或模块）图标，实施人工确定方式启动喷淋阀。

6.2.3 若同时出现不相邻的第2个报警点，图形显示终端（CRT）只作显示（报警点可查询，但报警点的平面图不做切换），而不再作相关的联动判断。

6.2.4 图形显示终端（CRT）执行喷淋联动的逻辑判断，最后需由报警主机执行最后的联动控制。

6.2.5 图形显示终端（CRT）记录并存储所有的操作及数据信息，且可以随时查询。

六、结束语

南京长江隧道自动喷淋泡沫消防系统安装调试一次性成功，系统控制灵敏，供水可靠，喷淋泡沫覆盖隧道全断面，为隧道营运提供了安全保障。双波长火焰探测器，免维修、免清洗、检测准确、误报率低。特种设备监督检验中心对自动喷淋阀组、双波长探测器逐个进行了喷淋试验，结果表明，其地址准确、喷淋均匀、运行可靠。系统完工后，一次性通过了南京市公安局消防支队组织的消防专项验收。自动喷淋泡沫消防系统在南京长江隧道中的使用，为该隧道消防系统的设计、施工、营运提供了保障，也为自动喷淋泡沫消防系统的推广应用提供了成功经验。

七、参考文献

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