雁门关高速公路隧道防火设计

一、 雁门关高速公路隧道工程概况
    雁门关高速公路隧道属于特长公路隧道，位于山西新源高速公路恒山雁门关西南部，该工程为上下行双洞隧道,双车道单向行车,隧道左洞长5151m，右洞长5235m，洞内设计车速80㎞／h，设计交通量为1717辆／小时，是晋煤外运的咽喉要道。2003年10月竣工后是国内目前建成的最长的公路隧道。
二、 耐火等级
    雁门关隧道主要为钢筋混凝土结构，喷涂混凝土防火隔热涂料，耐火时间不小于1.5小时。隧道内的装修材料选用不燃烧材料。
三、 安全疏散设施
    雁门关隧道上、下行线设双孔隧道，相邻双孔隧道间隔约50米，两条隧道之间通过车、人行横道作为连接通道，供人员逃生和车辆疏散使用，其高度和宽度均能满足救援车辆通行。上、下线之间设7个车行横道、7个人行横道，车、人行横道间距约350米。每一横道中央位置设置一套甲级防火卷帘，将上、下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。
    防火卷帘的控制箱与区域控制器相连接，可实现就地手动、自动和远程控制，监控室可接收防火卷帘的门位信号和工作状态信号。当发生火灾时，通过开启不同的人行和车行横道上的防火卷帘，信号灯给出指示信号，提供车辆及人员疏散通道。通道内的照明灯与防火卷帘联动控制，防火卷帘与照明灯同时打开与关闭。
    消防车和救援人员还可以在未着火的隧道利用联络通道进入着火隧道实施灭火救援。
四、 消防给水和灭火系统
（一） 消防水源
    本工程的消防水源共设计了800T的消防用水。在隧道的南、北洞口各设1座200T的低位消防水池，洞口以上适当高度各设1座200T高位消防水池。
    南、北洞口管理站各设消防水泵房1处，水泵将低位消防水池的水送至高位消防水池。高位消防水池的水位采用自动方式控制，控制系统主要通过水位检测控制显示仪检测的高位消防水池水位，控制消防水泵的起停，确保高位消防水池的水量。
    消防给水为常高压系统，通过高位消防水池中的水位与地面高度差确保消防供水压力，隧道消防用水时，由高位消防水池直接供给隧道内的消防供水管网，以满足消防水量和压力的要求。隧道火灾延续时间按2h计算，消防用水量为40L∕S。
    隧道管理站配备4辆专用消防车辆。
（二） 消防给水管网
    隧道内沿电缆沟内侧盖板下设置一条贯穿的DN150的给水总管，将上、下线的消防给水管线经洞口连接成环状管网供水系统。用支管与主隧道的消防设备箱相连，供给消防用水。洞内消防管网采用无缝钢管，布设闸门将消防管网分割成独立段。由于雁门关属于严寒地区，消防给水管道采取了严格的防冻措施。
（三） 灭火设施
    沿着隧道纵向一侧每隔50m暗装方式设置一组组合消防箱，组合消防箱内设置1套水成膜泡沫灭火装置（PMZ-30型）；1套双头双阀直径65毫米室内消火栓和2盘直径65毫米衬胶防腐水带，2支直径19毫米水枪、；2具手提式水成膜泡沫灭火器（MQ9型）、2具手提式磷酸铵盐干粉灭火器（MFZL8型）。
    隧道内共设置206组消防箱。箱体上设有蓄光自发光型设备标志，便于发生火灾时人们方便取用。
    在隧道左线左侧、右线右侧的12个紧急停车带处和隧道南、北洞口处各设置1套室外地上消火栓，供专业消防队伍及消防车取水。室外  火栓的间距约700-850m，共设室外消火栓16套。
五、 隧道的通风、防排烟系统
    隧道防烟分区与运营通风系统分区一致。采用分段纵向式通风，将左线划分为3个区段，右线划分为2个区段，将左、右线完全隔离，共分为5个单独的区域。每个区域有独立的送风、排风道。保证火灾时烟气有独立的排烟出口，隧道的烟气通过斜、竖并排风道排出。
在通风排烟设计中左线采用双竖井、双斜井送排式加射流风机纵向通风。右线采用单竖井加隔板双风道送排式，加射流风机纵向通风。风机选用112JTS型双向可逆射流风机。排烟风机选用JG系列中轴流风机，风机能满足在250℃时正常运行1h。
    隧道设计拟定的排烟方向，与隧道的行车方向一致，当发生火灾时隧道设计机械排烟风速在2～3m／s范围内，控制烟气的扩散方向和速度，对于在燃烧点前端车辆及人员的可以从容逃生；在燃烧点后端的车辆及人员可以防止火灾蔓延和烟气扩散窒息伤亡，为灭火救援赢得时间。
六、 监控系统
（一) 电视监控系统
    在隧道的左右线共设置了52台防水护罩定焦黑白摄像机，在隧道左右线的出入口各设置1台电动聚焦云台式彩色摄像机，共4台。
    隧道电视监控系统对隧道出、入口及隧道内的交通流量、车流密度及道路使用状况进行监视，可及时、直观地得到隧道现场情况的画面，帮助辨认交通、火灾事故的类型及其严重程度，还能够对视频图像进行录像、打印，以便分析及取证。
该系统能够和火灾报警系统联动，接受来自隧道各种报警设备发出的报警信息，对摄像进行联动控制，自动显示报警区段及相邻区段的图像，并自动录像，自动将时间、摄像机号码(对应相应的隧道区段)记录在录像带上。如果几种报警设备同时报警，则以火灾报警区定为优先显示。
（二) 紧急电话及有线广播系统
    隧道左右线共设置紧急电话36部，当隧道发生火灾或其它交通异常情况时，驾驶员可通过紧急电话向监控室报警，监控室及时显示隧道分机呼叫发生时间、分机地址、左右隧道方向等信息。
    紧急电话系统与闭路电视系统具有联动功能，当紧急电话呼叫时，摄像机自动对准事故发生地点，及时掌握事故现场信息。
由于隧道自身的屏蔽问题，在隧道内设置能保持移动通讯畅通的设施，移动通讯在火灾状态下能保持连续。
    本工程的有线广播和紧急电话系统采用二合一的方案，有线广播集成到紧急电话系统中，用紧急电话主机控制，有线广播的选址功放放置于就近的紧急电话中，在上、下线各设有18套选址功放和高音喇叭。在监控室可通过闭路电视的监控发现事故点，利用隧道广播系统进行事故广播。
    火灾事故广播时能及时发出摄像机联动信息，控制摄像机及时监视。
（三) 火灾自动报警系统
1 线型光纤定温火灾自动探测报警系统
    雁门关隧道在左、右线分别连续设置一条约11000m的线型光纤定温火灾探测器并与两台火灾报警控制器连接。线性感温探测器安装在隧道顶部，居中布置。
    该系统主要由线性激光光纤传感器、火灾检测控制主机及图文显示控制操作终端构成。图文显示控制操作终端以连续温度变化图表显示整条光纤的环境温度，能获取沿探测光缆的温度和位置信息，可实现以下主要功能：
（1）以线性形式对整个隧道进行连续性探测，探测的每个测量点温度数值能与隧道的部位相对应，该工程设定每l米为一个探测点，。由这些温度和位置数据，系统能在监视器上产生一条实时温度分布图。通过设置温度报警范围，探测温度超过设定温度，火灾报警控制器发出报警信号。
（2）只要光纤有一端仍与控制单元相连接，所有未受影响的光纤都将继续提供温度和位置信息，随着火势的蔓延，这种实时信息即可用温度－距离轨迹来体现，可对火灾的规模及火势蔓延的方向进行判断。
（3）监控室可根据线型光纤定温火灾探测器的报警位置，自动切换附近摄像机画面显示在控制台视频监视器，并自动录像。
2 手动报警系统
    在隧道内，每50米设置1个具有独立地址编码和线路隔离功能，内置微型处理器(CPU)，有发光二极管指示开关状态的手动报警按钮。
在火灾情况下人工按动报警按钮，即可将信号传到监控室，发出声、光报警信号，显示出报警的部位，同时经过闭路电视监视系统自动将报警部位处的摄像机监视画面显示在相应的工作站显示器和大屏幕投影屏上，值班员经确认后进行发布，并提供控制方案。启动照明、通风、广播等消防系统，发布交通诱导信息。
七、 PLC控制系统
    PLC系统主要由现场区域控制器和监控室主控PLC构成，它主要通过区域控制器对交通信号诱导系统、车辆检测系统、通风控制系统及高位消防水池水位系统进行控制。实现工作状态信息的采集和现场及远程控制，并在监控室实现各个系统的联动和协调控制，实现隧道消防救援系统的有效运行。
八、 交通信号诱导系统
    交通信号诱导系统，主要包括设在隧道洞口附近的可变情报板、洞口交通信号灯、车道控制标志、可变限速标志、车行横洞诱导信号灯。隧道管理站可根据交通运行情况，在火灾等紧急情况下，对交通信号诱导系统进行信息的编辑和发布，在现场实时显示隧道内的紧急情况，保证对车辆提供交通诱导信号，实现车辆诱导及疏散。
九、 车辆检测系统
    通过车辆检测系统自动检测交通拥挤和堵塞区域，并报警，以便防止因交通阻滞而导致发生不良交通工况，甚至发生火灾，采取相应的预防方案。
十、 消防用电
（一） 消防电源
    根据隧道负荷的用途及重要性，隧道内的用电设施为一级负荷。保证两套独立电源，互为备用，当一路电源发生故障时，另一路可自动投入。
    主电源从南洞口35kY新庄总降压站引出8路10kV电源向隧道的用电设备供电。
每个变电站设有一台快速启动柴油发电机作为备用电源，当10kV主电源停电后5秒内自行启动备用电源（柴油发电机）向一级负荷供电，10秒内电压达到额定值。监控室的用电设备另配备UPS供电。
（二) 应急照明系统
    应急照明采用自带浮充电源的全自动隧道高压钠灯，停电时连续供电时间不小于30min，设计照度值为0.76cd／m2。
灯具外壳采用高压铝合金板、面板采用钢化玻璃等不燃材料制作。
    在隧道人行、车行横洞上方设置安全出口标志灯箱，火灾时指示人们避难的方向。
（三） 电源插座
    采用56型防尘防水插座，布置在桩号增大方向右侧检修道上方1.5米处。每50米一组，每组各设1只单相和三相插座（共有插座206只）。采用NH型耐火电缆从照明配电箱专线引入。这可作为火灾时隧道内灭火救援直接使用电源。
（四） 接  地
    洞外电力管道、洞内预埋管，箱(柜)体、灯具、射流风机、监控通信设施及其它非带电金属外壳之间均互相可靠焊接，有条件的还可与隧道衬砌中的钢筋网焊接牢固。
    隧道内电缆托架均用焊接在托架顶端的镀锌扁钢连接在一起，以保证电气通路。
    在隧道两洞口设置了重复接地装置，接地电阻不大于10欧姆。
（五） 配电线路敷设
    隧道内所有的配电线路均选用了耐高温线路，采取了穿管暗敷的方式，其面层覆盖混凝土厚度为3－5m；隧道两侧电缆沟内的电缆放置方式为：防火电缆在上，普通电缆在下，放置完毕后在盖上10cm的混凝土盖板，电缆沟每隔100米采取防火分隔措施。
十一、 体会
（一） 尽快制定隧道防火设计规范
    由于隧道的防火设计在我国目前还没有技术规范和标准可依据，隧道火灾又有许多不确定因素，在工程设计中还存在一些不好解决的技术问题。例如隧道应如何分类；隧道的火灾自动报警系统更适合选择何种类型的探测器，和其他的交通报警、监控设备如何有机地联动；火灾延续时间如何确定；应该设置何种类型的灭火系统；如果设置自动喷水灭火系统，10km长的一个庞大系统，有关的技术参数应该如何选择；如何设置排烟系统；如何确保人员疏散等。
    有关资料显示，我国已成为世界上隧道工程最多的国家，现有公路隧道1782座，总长度704㎞，隧道的数量和总长度已居世界第一。国家有关部门对隧道的防火设计应引起高度重视，建立隧道火灾模型，加快隧道防火设计规范的编制进程，以指导工程实际。
（二） 加快隧道消防器材设备的开发   
    有关部门和消防设备的生产厂家应积极加大对适应隧道防火、灭火和消防救援的器材设备和产品进行研究和开发，以提高隧道抗御火灾的技术能力。
（三） 重视隧道火灾预防、扑救措施研究
    由于我国隧道工程（特别是特长隧道）建设起步晚，隧道的投入使用时间短，目前还未发生过特大恶性火灾事故，其火灾预防和扑救还是一个新课题，但有关部门应该引起足够重视，要吸取国外的火灾事故教训，对隧道火灾预防措施建立、制度建设、灭火抢险救援队伍建设等方面进行前瞻性的研究，制定相应的法律法规，不能走用自己的火灾教训来制定消防规范的老路。