高速公路隧道消防系统施工技术要点

　　赖泽斌

　　（新大陆数字技术股份有限公司，福建 福州 350015）

　　摘要：文章以某隧道消防系统为例，重点围绕该系统的施工技术展开分析，涉及取水构筑物的设计、低位水池的建设、传感器的配套等方面，同时阐述隧道消防系统的核心组成，提出消防设备的选型思路与方法。在全面规划、妥善施工之下，建设高质量的高速公路隧道消防系统，以保证高速公路隧道的安全运营。

　　关键词：高速公路；隧道消防系统；结构组成；施工技术　　文献标识码：A　　中图分类号：U458

　　文章编号：2096-4137（2022）18-144-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2022.18.49

　　1　工程概况

　　某高速公路为双向六车道，设计速度100km/h，隧道净宽14.75m、净高5.0m。沿线某隧道为左幅长2377m、右幅长2345m 的分离式隧道，进口端布设高位消防水池。水消防系统是该工程隧道施工中的重点内容，高速公路隧道的安全性与该系统的建设水平息息相关，因此需注重施工技术的合理应用。

　　2　高速公路隧道消防系统的水源设计

　　2.1　取水构筑物的设计

　　加强现场勘察，综合考虑水源的水文条件、施工现场的地质条件等，有针对性地开展取水构筑物的设计工作。在高速公路隧道建设中，通常从山间溪流取水，但由于地形、水文的特殊性，可能会遇到断流现象，导致打管井达到100m 后仍无水。在此局限性之下，需另外寻找水源，随之会增加工作量，工期因此而延误。因此，需要在正式设计前做全面勘察，明确现场水文、地质条件，合理规划，保证取水的合理性。

　　2.2　取水构筑物类型的选择

　　消防取水构筑物常见类型包含大口井、管井等。部分地区的水资源匮乏，无可利用的地表水，仅能够以打设管井的方法进行取水。若场地周边分布有河流，可直接应用地表水。若隧道现场的地下水层约为5m，底板埋藏深度在15m 以内，同时现场的水资源储量丰富，可考虑设置大口井的方法，以此满足隧道消防系统的取水需求。

　　2.3　低位水池的建设

　　视现场情况合理设计并建设低位水池，但在工程实践中可能存在低位水池容积不合理的问题。由于自然条件和人为因素的变化，隧道周边的消防水源均有所改变，难以满足消防系统的取水要求，此时需适配洒水车和消防车，在此类设施的辅助下将更远处的水运至现场用于消防，而此方式必然存在运水时间把控不合理、运水工作量大、成本投入多等局限性，不利于消防工作的顺利开展。在此背景下，可以考虑低位水池的建设，存储可用于一次消防的用水量，以备不时之需。因此，在高速公路隧道消防系统的设计中，有必要结合现场水文条件合理规划低位水池。

　　2.4　消防水量的确定

　　根据城市隧道消防给水与灭火设施的规定，隧道消防用水量按同一时间内发生火灾次数为一次计算，消防用水量包括隧道洞内消火栓用水及其隧道洞口外消火栓用水。考虑火灾时影响范围一般在20 ～ 50m，恶性事故影响范围稍大，按 2 个消火栓（4 支水枪），每支水枪出水量按5L/s 计，共20L/s，同时要保证隧道洞口外1 个消火栓供水消防车扑救，隧道洞口外消火栓出水量按10L/s 计，干管设计总流量为30L/s。因隧道洞口外给消防车供水的消火栓是间断使用，所以设计消防总用水量按20L/s 计算。

　　根据规范，结合本项目隧道长度，火灾延续时间按4h 计算；消防设计用水量为288m3。

　　3　高速公路隧道消防系统施工技术要点

　　3.1　取水设施及隧道外供水管网的施工

　　（1）建设300m3 高位水池和300m3 低位水池，打井取水，深井日出水量≥ 150m3。日常水源源于深井，遇火灾事故时，应及时启用低位水池的蓄水，将其提升至高位水池中，而后由高位水池通过2 根出水管向隧道环状给水管网供水。管网保持常有水状态，一旦发生火灾，即可投入使用。高位水池池底的标高能使隧道消防管网有≥ 0.4MPa 的压力。

　　（2）在规划低位水池后，于周边设半地下式水泵房，配套2 台卧式单级消防泵（1 用1 备），泵房周边建设电源室，配套采用PLC 控制方式的控制柜，将此控制装置接入隧道PLC 环网，建立高效畅通的信息流通渠道，以便数据向隧道管理站监控室高效上传。水泵控制柜采用星三角方式启动水泵，此装置的运行稳定性突出，即便遇到紧急情况也依然可正常运行。水泵控制柜具有低频自动循检功能，提高设备自防护水平，防止生锈抱轴或是出现其他的异常状况。

　　（3）深水井潜水泵采用自动控制。当蓄高位水池水位升至高水位时停泵；当水位降低至低水位时开泵，潜水泵控制柜设置在潜水泵井室内，潜水泵软起控制、具备低频自动循检功能；潜水泵控制柜通过RS485 总线与水泵房PLC 通信并受PLC 控制；高位水池水位传感器的控制电缆随DN100 进水管道布置。

　　（4）水泵房至高位水池、高位水池至隧道的管道分别采用的是DN100 镀锌钢管、DN150 镀锌钢管，管道法兰连接，在保证管道连接的稳定性和严密性后，采取防腐措施，再直接埋入消防管沟。管沟内直线段按3m 的间距有序布设混凝土支墩，局部纵坡较大或是存在管沟拐角时，加密布设支墩，然后覆土，设置地标。

　　（5）为高位水池出水管配套缓闭式止回阀，借助此装置防止水倒灌高位水池。

　　3.2　隧道内消防管网的建设

　　（1）隧道左、右洞行车方向右侧电缆沟分别设DN150 热浸锌镀锌钢管，将其作为主干消防钢管使用，干管供水系统工作压力≥ 0.4MPa。按照50m 的间距依次以焊接的方法连接至隧道内的联合接地网系统，主干导管间用挠性卡箍接头连接。对于管道伸缩节、阀门的布设，在管道两侧设沟槽法兰，以法兰连接的方法实现与管道设备的稳定连接。

　　（2）隧道内主干消防管道有管道支架装置。在管道支架的设计中，充分考虑到管道在消防水流动时产生的冲击力等外部作用力，合理选择与设置，确保管道支架能够有效抵御外部因素的影响。本隧道采用沟槽式连接件（卡箍）连接，主支撑采用L50×50×6mm 等边角钢，按3m 的水平间距有序布设支架，支架遇支管部位或是闸阀时，可采取局部加强处理措施。

　　（3）隧道内按1.5km 的间隔依次设横向联络管，用于联通左右洞主干消防管，从而建立完善的管网系统。在此方式下，若管道某处存在故障，水流也依然可经由环网绕行。于人行横洞与主洞交叉部位设管道井，其联通至横埋主洞下的消防套管，再于消防套管与主动消防管沟联通部位修筑检查井，以满足隧道消防系统日常运营中的检修要求。

　　（4）自然界的水在常温状态下约有2% 的溶解空气，输水期间空气从水中释放，汇聚至管道设备密集部位和管线最高点，形成的空气袋会对水的流动造成阻碍，导致输水困难。若上游阀门关闭，水流可在惯性作用下向前流动，管道中形成负压，甚至出现管道接口崩裂的异常状况。针对该问题，可在主干消防管道的最高点、隧道出口、检查井内设置微量排气阀，用此设施调节输水系统的运行状态，以便实现稳定地、高效地供水。

　　（5）隧道输水管线较长，但隧道坡度平缓，因此无显著的高度势能差。为合理增加高度势能，可以考虑调高高位水池高程的方法，但此时有过强的静压，严重时该部分静压超出消防设备可承受的最大压力，严重威胁消防设备的安全性。为此，在管网上增设减压阀，用于调节出口静压，将其稳定在合理的区间内，并保证出口动压的稳定性。

　　（6）主干消防管网横向联络管、减压阀前后均配套检修阀。结构型式方面，检修阀的阀门以闸阀和蝶阀为主，其中闸阀的开合指示明显且仅存在较小的水头损失，但该设施占用空间较大，密封性能有限，因此在公路隧道消防系统中缺乏可行性。经过设施性能、施工便捷性多个方面的对比分析后，确定的是手轮式蝶阀。

　　（7）隧道内消防给水管道每隔5 个消火栓箱处设置检修手柄蝶阀。为补充主干管轴线热胀冷缩，按500m 的间距依次设置管道伸缩节。在主干消防管与横向联络管交叉部位设柔性橡胶软接头，此方式可在一定程度上缓解管道横向移位量，也有助于减小因错位而产生的扭力。

　　（8）隧道内消火栓箱按50m 的间距有序布设到位，配备单管双头减压稳压消火栓、水成膜泡沫灭火系统、泡沫灭火器、干粉灭火器等设施。

　　3.3　隧道外消防管网的建设

　　（1） 隧道洞口外和隧道紧急停车带处设置规格为 DN150 的地上式消火栓，可为消防车补充消防用水，以配合灭火器和消火栓扑救较大的火灾。

　　（2）水泵接合器是室外消防车向室内消防管网供水的接口。当泵房消防泵发生故障或发生大火，隧道洞内消防水量不足时，室外消防车可通过水泵接合器向隧道洞内消防管网供水。所以在隧道洞口附近应设置水泵接合器，设置数量应根据每个水泵接合器的出水量10 ～ 15L/s 和全部隧道内消防用水量由水泵接合器供给的原则计算确定。

　　（3）隧道外消防管道采用DN150 内外壁热镀锌钢管，通过法兰盘连接，管道埋设深度为1m 左右（根据现场调查收集资料，项目地最大平均冻土深度为0.81m），且应大于当地最大冻土深度0.15m，为防止热胀冷缩对管道产生不利影响，适当位置处设置管道伸缩器。管道经除锈后刷环氧煤沥青底漆一道及面漆两道进行防腐。

　　（4）供水管道进隧道前设置Y 型过滤器井，用于除去水中的杂质。此外在入口处还需设置排气阀井、闸阀井、排泥阀井等设备。

　　3.4　消防管网的监测措施

　　隧道供水采取的是单侧常高压供水的方法，供水距离较远，局部管网在日常运行中可能出现问题。为及时掌握沿线管网的运行情况，在关键节点设管网监控设施，以监测的方式感知异常状况，及时反馈，以便相关人员尽快采取处理措施。本隧道消防管网监控的具体要点如下：

　　（1）手动报警按钮与消火栓箱合并设置，若箱门打开，开箱报警回路随即产生报警信号，及时向监控中心反馈，同时摄像机监视消防设备箱，产生影像资料并将其传输给监控室，于主监视器上显示，向相关管理人员及时呈现现场状况。

　　（2）主干消防管网横联络管前后均有信号蝶阀，信号传输给PLC 后，再进一步传至监控室。在现场监测和高效反馈的机制下，若检修时关闭阀门组合错误或是经过检修后未打开，下游管网无法正常运行，如畅通效果差，此时可及时报警，以便尽快处理，使管网恢复畅通状态。

　　（3）减压阀前后均有远传压力表，由此仪器采集压力信号，先上传至PLC，再进一步传递至监控室，及时呈现管道静压动压的具体数值，工作人员可根据实测结果判断消防系统基础设施的运行状态，例如检测管道是否破裂、减压阀是否失效等。整个“现场监测、信息反馈、故障识别与处理” 流程可高效推进，能够尽快识别问题并处理，以保证消防系统的稳定运行。

　　（4）为水泵出水管适配远传压力表，用该仪器监测水泵运行时的供水压力，判断该项指标是否正常。为监测高、低位水池的水位，适配远传水位显示仪，用该仪器监测水位，判断是否存在变化；同时设置浮球，若水位有异常波动，可实现超高、超低水位报警。取水井中配套的是液位传感器，可用该仪器监测水位，及时呈现水位的高低情况。

　　4　结语

　　综上所述，在高速公路隧道建设中，消防系统具有安全防护作用，属于重点建设对象。而消防系统的设计与施工具有复杂性，工程人员需充分考虑现场水文条件、隧道建设规模等基础条件，做好消防系统取水设计、基础设施建设、高精度监测仪器的配套等相关工作，建成高品质的消防系统，确保在隧道发生火灾时可及时启用，快速扑灭火势，保障隧道的运营安全。

　　作者简介：赖泽斌（1982-），男，福建漳州人，新大陆数字技术股份有限公司工程师，研究方向：高速公路机电施工。

　　参考文献

　　[1]王利民．地铁隧道消防管道施工方法[J]．山西建筑，2011（27）：100-101．

　　[2]李洪舟，李家旺．终南山隧道监控、消防、电力系统的布设及施工[J].科技促进发展，2011（S1）：134，331.

　　（责任编辑：肖央然）