消防安全技术实务第四篇其他建筑、场所防火第四章城市交通隧道防火

第一节 隧道的分类

一、分类标准

隧道的分类标准主要依据隧道建设规模、用途和施工方法、横断面形式以及交通模式等。

二、分类依据和说明

(一)按建设规模分类

依据隧道的建设规模分类的主要方法,以所建隧道长度和断面面积两项指标来衡量。下表是参考《公路隧道设计规范》(JTD 3370-2018)和《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2014,2018年版)对隧道进行的分类。

隧道分类表
隧道分类表

横断面形式:圆形、矩形、连拱形、马蹄形、双圆形等。

交通模式:单孔双向,双控、多孔各自同向,多孔可变向

施工方法:盾构法、沉管法、钻爆法、明挖法

单孔和双控隧道分类表
单孔和双控隧道分类表

(二)按施工方法分类

1.盾构法

盾构法是采用盾构机械挖土掘进,并在盾构壳体的保护下拼装预制衬砌结构来支承周围土体,从而形成通道。该方法以建造圆形隧道为主。

2.沉管法

沉管法是采用水力压接技术将预制管段在事先开挖的基槽内逐节连接起来,使之形成能防水、通行的通道。矩形隧道一般采用此方法建造。

3.钻爆法

钻爆法是采用钻眼、爆破、出砟而形成结构空间的一种开挖方法,是目前修建山岭隧道的最通行的方法。按开挖分部情况分为全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁开挖法。

4.明挖法

明挖法是采用放坡或围护的形式,从地表向下分段开挖、分段浇筑结构后回填覆盖,从而形成地下通道。连拱形隧道和矩形隧道可采用此法建造。

(三)按交通模式分类

(1)单孔对向交通。这种交通模式的安全隐患较多,一般多为交通流量小的隧道。

(2)双孔、多孔内各自均为同向交通,双孔间多设有横向连接通道。

(3)多孔中有一孔或数孔可按交通需求改变交通运行方向,以适应潮流式交通需求。

第二节 隧道的火灾危险性及其特点

一、火灾原因

一是由于车辆自身故障导致在行进过程中其或自燃或发生车祸引起火灾;二是由于运输易燃易爆危险品的车辆物料泄漏遇明火发生爆炸或燃烧;三是由于隧道内电气设备或电器线路发生故障引发火灾;四是人为纵火或恐怖袭击。

二、火灾危害性

(一)人员伤亡众多

(二)经济损失巨大

(三)次生灾害危害严重

三、火灾特点

(一)火灾多样性

隧道火灾及其规律因交通工具、车载货物、隧道类型以及火灾时的交通状况等因素而复杂多变。隧道火灾中A类火灾发生频率较高,B、C类火灾、混合物品火灾造成重特大隧道火灾的频率较高。

(二)其或点的移动性

(三)燃烧形式多样性

(四)火灾蔓延跳跃性

(五)火灾烟气流动性

(六)安全疏散局限性

(七)灭火救援艰难性

第三节 隧道建筑防火设计要求

一、建筑结构耐火

(一)构件燃烧性能要求

为了减少隧道内固定火灾荷载,隧道衬砌、附属构筑物、疏散通道的建筑材料及其内装修材料,除施工缝嵌封材料外均应采用不燃材料。隧道内的灯具、紧急电话箱(亭)应采用不燃材料制作的防火桥架。隧道内的电缆等应采用阻燃电缆或矿物绝缘电缆,其桥架应采用不燃材料制作的防火桥架。

(二)结构耐火极限要求

隧道结构防火隔热措施包括喷涂防火涂料或防火材料、在衬砌中添加聚丙烯纤维或安装防火板等。隧道主题结构和附属构筑物等设计,要充分考虑隧道结构防火性能要求,采用相应的衬砌结构形式。当其结构不能满足规定的耐火极限要求时,应采取防火措施以达到耐火极限要求。

二、防火分隔

隧道防火分区按照功能分区划分。隧道内地下设备用房的每个防火分区的最大允许建筑面积不应大于1500平方米,防火分区应采用防火墙和甲级防火门进行分隔。隧道内的变电站、管廊、专用疏散通道、通风机房及其他辅助用房等,应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙和甲级或乙级防火门等分隔措施与车行隧道分隔。

(一)防火分隔构件

隧道内的哦水平防火分区应采用防火墙进行分隔,用于人员安全疏散的附属构筑物与隧道连通处宜设置前室或过度通道,其开口部位应采用甲级防火门,用于车辆疏散的附属通道、横向联络与隧道连接处应采用耐火极限不低于3.00h的防火卷帘进行分隔。

(二)管沟敷设

隧道内的通风、排烟、电缆、排水等管道、管沟等需要采取防火分隔措施进行分隔。当通风、排烟管道穿越防火分区时,应在防火构件的两侧设置防火阀和排烟防火阀。

隧道行车道旁的电缆沟,其侧沿应采用不渗透液体的结构,电缆沟顶部应高于路面,且不应小于200mm。当电缆沟跨越防火分区时,应在穿越处采用耐火极限不低于1.00h的防火封堵组件进行防火封堵。

(三)辅助用房防火分隔

辅助用房应靠近隧道出入口或疏散通道、书单联络道等设施。辅助用房之间应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙分隔,隔墙上应设置能自动关闭的甲级防火门。辅助用房应设置相应的火灾报警和灭火设施。有人员的房间应设置通风和防烟排烟系统。

为隧道供电的柴油发电机房,除满足上述要求外,还应设置储油间,其总储量不应超过1立方米,储油间应采用防火墙和能自行关闭的甲级防火门与发电机房和其他部位分隔开,储油间的电气设施必须采用相应的防爆型电气。

三、隧道的安全疏散设施

隧道安全疏散通常是利用隧道内设置的辅助坑道或专门设置的疏散避难通道,对隧道内的车辆和人员在火灾时及其他紧急情况下进行安全疏散、提供紧急避难。

(一)安全出口和安全通道

1.安全出口

安全出口是开设在两车道孔之见的隔墙上的疏散门,作为两孔互为备用的疏散口,人员疏散和救援可由非着火隧道进行,安全快捷。

隧道内地下红色被用房的每个防火分区安全出口数量不应少于2个,与车道或其他防火分区相通的出口可作为第二安全出口,但必须至少设置1个直通室外的安全出口;建筑面积不大于500平方米且无人值守的设备用房可设置1个直通室外的安全出口。

2.安全通道

安全通道根据隧道形式的不同,可分为四类:一是利用横洞作为疏散联络通道,两座隧道互为安全疏散通道;二是利用平行导坑作为疏散通道;三是利用竖井、斜井等设置人员疏散通道;四是利用多种辅助坑道组合设置人员疏散通道。

(1)矩形双孔(或多孔)加管廊的隧道。在两孔车道之间的中间管廊内设置安全通道,并沿纵向每隔80~125m向安全通道内开设一对安全门。安全通道两端应与隧道洞口或通向地面的疏散楼梯相连,发生火灾时,人员从一孔隧道进入安全门,穿越安全通道至另一孔隧道。

城市交通隧道安全通道和直接安全口设置示意图
城市交通隧道安全通道和直接安全口设置示意图

(2)圆形隧道。在圆形隧道的两孔隧道之间设置连接通道,并在通道的两端设置防火门。当一条隧道发生火灾时,人员可通过横通道疏散至另一条隧道进行疏散。连接通道的间距一般宜为400~800m,当设有其他相应的安全疏散措施时,间距可适当放大。圆形隧道的安全通道常设置在车道板下,通过安全口和爬梯、滑梯进出。人员可从安全口经安全通道进行长距离疏散。

圆形隧道安全通道和安全口设置示意图
圆形隧道安全通道和安全口设置示意图

在设有安全通道的情况下,其安全口的设置距离一般可取80~125m。

(二)疏散楼梯

双层隧道上、下层之间在有条件的情况下可设置疏散楼梯,发生火灾时,通过疏散楼梯至另一层隧道,间距一般取100m左右。

(三)避难室

为减少因救援人员不能及时到位造成的人员伤亡,长、大隧道需设置避难室。避难室与隧道车道形成独立的防火分区,并通过设置气闸等措施,组织火灾及烟雾进入。避难室大小和间距根据交通流量和疏散人员数量确定。

四、隧道的消防设施配置

隧道的消防设施主要有消防给水系统、自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统、防烟排烟系统、通信系统、灭火器等。

(一)灭火设施

1.消防给水系统

隧道内的消防用水量应按隧道的火灾延续时间和隧道全线同一时间发生一次火灾计算确定,一、二类隧道的火灾延续时间不应小于3h,三类隧道的火灾延续时间不应小于2h。隧道内的消防用水量应按同时开启所有灭火设施的用水量之和计算。隧道内宜设置独立的消防给水系统,严寒和寒冷地区的消防给水管道及室外消火栓应采取防冻措施,当采用干式给水系统时,应在管网的最高部位设置自动排气阀,个管道的充水时间不宜大于90s。隧道内的消火栓用水量不应小于20L/s,隧道外的消火栓用水量不应小于30L/s;对于长度小于1000m的三类隧道,隧道内、外的消火栓用水量可分别为10L/s和20L/s。管道内的消防供水压力应保证用水量达到最大时,最低压力不应小于0.3MPa,但当消火栓栓口出的出水压力超过0.7MPa时,应设置减压设施。在隧道出口处应设置消防水泵接合器和室外消火栓。消火栓的间距不应大于50m,双向通行车道或单向通行但不大于三车道时,应双面间隔设置。隧道内允许通行危险化学品的机动车,且隧道长度超过3000m时,应配置水雾或泡沫消防水枪。

2.自动喷水灭火系统

对于危险级别较高的隧道,为保护隧道的主体结构,有些还采用自动喷水灭火系统,其类型一般为水喷雾灭火系统或泡沫水喷雾联用系统,以达到更好的灭火保护效果。水雾喷头宜采用侧式安装的隧道专用远近射程水雾喷头。

3.灭火器

隧道内应设置ABC类灭火器,设置点间距不应大于100m。通行机动车的一、二类隧道和通行机动车并设置3条及以上车道的三类隧道,在隧道两侧均应设置灭火器,每个设置点不应少于4具;其他隧道,可在隧道一侧设置,每个设置点不应少于2具。

(二)报警设施

1.警报设施的一般规定

隧道入口处100~150m处,应设置警报信号装置。通行机动车辆的一、二类隧道应设置火灾自动报警系统,无人值守的变压器室、高低压配电室、照明配电室、弱电机房等主要设备用房,宜设置早期火灾探测报警系统。其他用房内可采用智能感烟探测器对火灾进行检测和报警。当隧道封闭段长度超过1000m时,宜设置消防控制室。

2.系统设置

火灾自动报警系统的设置应符合《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-2013)的规定。

(1)火灾报警控制器数量的设置。大明湖隧道长度小于1500m时,可设置一台火灾报警控制器;长度大于或等于1500m的隧道,可设置一台主火灾报警控制器和多台分火灾报警控制器,期间宜采用光纤通信连接。

(2)火灾探测器的选择和设置。国内交通隧道中主要采用双波长火灾探测器和光纤分布式温度监测(差温)系统,一般在不大于45m范围内设一个双波长火灾探测器,安装在隧道的侧壁或顶部;光纤分布式温度监测(差温)系统以长线形(二车道)和环形(三车道)方式在探测区域从头至尾敷设,安装在隧道的顶部。车行隧道内每隔100~150m设置手动报警按钮。

(三)防烟排烟系统

1.防烟排烟系统的一般规定

通行机动车的一、二、三类隧道应设置防烟排烟设施。当隧道长度短、交通流量小时,可采用洞口自然排烟方式。隧道的避难设施内应设置独立的机械加压送风系统,其送风的余压值应为30~50Pa。

2.排烟模式

排烟模式应根据隧道种类、火灾疏散方式,并结合隧道正常工况的通风模式确定,将烟气控制在最小范围之内,以保证乘客疏散路径满足逃生环境要求,并为消防灭火创造条件。长度大于3000m的隧道,宜采用纵向分段排烟方式或重点排烟方式。长度小于或等于3000m的单洞单向交通隧道,宜采用纵向排烟方式;单洞双向交通隧道,宜采用重点排烟方式。

(1)纵向排烟。发生火灾时,隧道内烟气沿隧道纵向流动的排烟模式为纵向排烟模式,这是一种常用的烟气控制方式,可通过悬挂在隧道内的射流风机或其他射流装置、风井送排风设施及其组合等方式实现。

城市交通隧道纵向排烟示意图
城市交通隧道纵向排烟示意图

该方式较适用于单向行驶、交通量不大的隧道。纵向通风排烟时,气流方向与车行方向一致。以火源点为分界,火源点下游为烟取、上游为清洁区,司乘人员向气流上游疏散。

采用纵向排烟方式时,应能迅速组织气流、有效排烟,其排烟风俗应根据隧道内最不利点火灾规模确定,且纵向气流的速度不应小于2m/s,并应大于临界风速。

(2)横向(半横向)排烟。横向(半横向)也是一种常用的烟气控制方式。排烟和平时隧道通风系统间用,横向方式通常设置风道均匀排风、均匀补风,半横向方式通常设置风道均匀排风、集中补风或不补风。火灾情况下,利用排风风道均匀排烟。

城市交通隧道横向(半横向)排烟示意图
城市交通隧道横向(半横向)排烟示意图

横向(半横向)排烟方式适用于单洞双向交通隧道或交通量大、阻塞发生率较高的单向交通隧道。

(3)重点排烟。重点排烟是将烟气直接从火源附近排走的一种方式,从两端洞口自然补风,隧道内可形成一定的纵向风速。该方式在隧道纵向设置专用排烟风道,并设置一定数量的排烟口。发生火灾时,火源附近的排烟口开启,将烟气快速、有效地排离隧道。

城市交通隧道重点排烟示意图
城市交通隧道重点排烟示意图

重点排烟适用于双向交通的隧道或交通量较大、阻塞发生率较高的隧道。排烟口的大小和间距对烟气的控制有较明显的影响。

(4)排烟设施。排烟风机和烟气流经的风阀、消声器、软接等辅助设备,应能承受设计的隧道火灾烟气排放温度,并应能在250摄氏度下连续正常运行不小于1h。排烟管道的耐火极限不应低于1.00h。隧道内用于火灾排烟的射流风机,应至少备用一组。

(四)通信系统

1.消防专用电话系统

防灾控制室应与消防救援机构设置直线电话。隧道内应设置消防紧急电话,一般每100m宜设置1台。

2.广播系统

火灾事故广播无须单独设置,可与隧道运营广播系统合用一套系统。火灾事故广播具有优先权。

3.电视监视系统

在防灾控制室内设置独立的火灾监视器,监视隧道内的灾情,其他电视监视设备与运营监视等共用一套设备。

4.消防无线通信系统

应将城市地面消防无线通信电波延伸至隧道内,当发生灾害时可通过无线通信系统进行指挥和协调。系统方案应根据当地消防无线通信系统的制式和频点进行设置。

(五)消防供电

1.一般规定

一、二类隧道的消防用电按一级负荷要求供电,三类隧道的消防用电按二级符负荷要求供电。

2.应急照明和疏散指示标志

隧道端口外接的站房、隧道两侧、人行横通道和人行疏散通道上应设置消防应急照明和疏散指示标志,其设置应符合《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(GB 51309-2018)的相关规定。应急状态启动后,在蓄电池idianyuan供电时的持续供电时间应符合下列要求:一、二类隧道不应小于1.5h,隧道端口外接的站房不应小于2h;三、四类隧道不应小于1h,隧道端口外接的站房不应小于1.5h。

3.电缆选择和线路敷设

公路隧道应采用阻燃耐火性电缆;城市隧道应采用无卤、低烟、阻燃耐火性电缆;长、大隧道应急照明主干线宜采用矿物绝缘电缆。

穿管明敷时,应采用阻燃耐火性电线,并在钢管外面刷防火涂料或采用其他防火措施。

穿管暗敷时,应采用阻燃耐火性电线,并敷设在不燃性结构内,其保护层厚度不应小于30mm。

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