1、隧道細水霧滅火技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用回顧 引言 隨著社會發(fā)展對交通狀況需求的不斷提高和工程建設(shè)技術(shù)的不斷進步，各種鐵路、公路交通隧道和地下鐵路得到了迅速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2000年歐洲地區(qū)交通隧道的總長已超過10000km；我國的鐵路隧道總長達到2457km；根據(jù)北京市的規(guī)劃，到20xx年，地鐵營運將達到138km，線網(wǎng)覆蓋率達到13%，客運量達到7.64億人次。隧道交通不斷改善的同時，也在不斷增加隧道火災(zāi)事故的風(fēng)險，對隧道火災(zāi)的防治不斷提出更嚴(yán)格的要求和挑戰(zhàn)。 細水霧滅火技術(shù)作為哈龍系列滅火劑的主要替代品，具有滅火高效、環(huán)境友好、對人員無毒害及對被保護對象水漬影響小等優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景

2、。隨著對細水霧滅火技術(shù)研究的不斷深入，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷得以擴展，在隧道火災(zāi)的防治中，也日益受到關(guān)注并已有實際應(yīng)用。 隧道火災(zāi)及其防治技術(shù)現(xiàn)狀 鐵路、公路隧道以及地下鐵路都在交通運輸中承擔(dān)著重要的樞紐作用，是眾多可燃物的經(jīng)過場所，而同時客流量大，人員車輛集中，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成群死群傷、財產(chǎn)損失嚴(yán)重以及延燒時間長、交通長期中斷的嚴(yán)重后果?？偟膩碚f，隧道火災(zāi)具有以下特點（如圖1）： 圖1 a)空氣流動暢通； b)大量煙氣難以排除； c)通道狹長，d)橫斷面小，e)如果是人員密集的場所，f)則難以及時疏散； g)氣流方向受外界影響較大，h)撲救困難。 近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起造成重大傷亡的隧道火災(zāi)

3、事故。1995年10月阿塞拜疆巴庫地鐵由于電動機車電路故障發(fā)生特大火災(zāi)，造成死亡558人，傷269人的慘?。?000年11月，奧地利山地列車公路隧道發(fā)生公路隧道火災(zāi)，造成155人死亡；20xx年2月韓國大邱由于人為縱火，造成198人死亡,146人受傷，289人失蹤,成為震驚世界的重大火災(zāi)事故。可以看出，公路隧道、鐵路隧道、地鐵、海底隧道等各類隧道火災(zāi)的防治技術(shù)急需進一步改善和提高。 各類隧道在火災(zāi)防治上沒有本質(zhì)區(qū)別，原則上均應(yīng)按照重要次序執(zhí)行應(yīng)變措施，萬一隧道內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重火警，首先必須充分利用一切疏通手段搶救人員生命。其次，利用一切可行手段進行滅火和搶救財產(chǎn)。然后，在滅火過程中，盡一切可能阻止火

4、勢蔓延，堅決避免易燃性貨物或者油箱發(fā)生爆炸。最后，在搶救過程中，盡一切可能減少隧道內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)、線路設(shè)備、車輛財產(chǎn)的損失。根據(jù)隧道允許通行的車輛、貨物和人員流動情況來合理確定實際的火災(zāi)場景、制定有效的消防安全措施。 在被動防治對策方面，主要以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐火性能為目的，加固長時間高溫作用下隧道拱頂結(jié)構(gòu)的承載力。目前一般采用在混凝土中添加聚丙烯纖維或在混凝土內(nèi)襯下安裝防火絕熱保護層等方法。對于主動防治對策中的人員疏散和滅火措施，主要可分為隔離火源、通風(fēng)煙控、封堵降氧和滅火介質(zhì)降溫四個方面。 隔離火源是通過在長通道中設(shè)置安全避難所、防火門等設(shè)施，將狹長空間合理分割成若干區(qū)域，為人員疏散和消防撲救

5、提供保護，同時也能阻止火勢延燒以及控制煙氣擴散。 采用通風(fēng)、防排煙措施控制煙氣產(chǎn)物及其運動可以改善火災(zāi)環(huán)境，降低火場溫度，提高能見度以及減少熱分解有害產(chǎn)物的濃度，但是，隧道內(nèi)煙流受到節(jié)流效應(yīng)、火風(fēng)壓、活塞效應(yīng)等多因素的干擾，不恰當(dāng)?shù)臋C械通風(fēng)也有可能加劇火災(zāi)發(fā)展和蔓延。因此，針對特定的火災(zāi)場景，尋找合適的臨界風(fēng)速對于隧道煙氣控制是至關(guān)重要的。 從理論和滅火實踐都已證明，封堵隧道洞口，使得燃燒斷氧窒息，對于油槽列車隧道火災(zāi)的撲救具有明顯的效果。需要注意火區(qū)封閉燃燒中止后的復(fù)燃，并需要輔以其它滅火手段如注水降溫以減小損失，縮短火災(zāi)延燒的時間。 滅火介質(zhì)降溫與火災(zāi)探測自動報警系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)等配合使

6、用。對于前三種主動防治對策，都應(yīng)當(dāng)輔以滅火介質(zhì)降溫，為人員疏散和火災(zāi)抑制爭取最佳時機，盡量減少火災(zāi)損失，取得更好的滅火效果。常用的滅火介質(zhì)有二氧化碳氣體滅火劑、自動水噴淋系統(tǒng)、水成膜泡沫雨淋系統(tǒng)以及清潔、高效的細水霧滅火系統(tǒng)。 清潔、高效的新型滅火技術(shù)細水霧 細水霧是使用特殊加工的噴嘴，通過水與不同霧化介質(zhì)產(chǎn)生的水微粒。其滅火機理是：當(dāng)細水霧直接噴射進入或被卷吸進入火焰區(qū)時，由于表面積相對較大，吸收熱量快，迅速汽化并降低氣相燃料及氧化劑的溫度，同時大量水蒸氣的存在也會降低反應(yīng)區(qū)的氧氣及可燃氣體的體積分量，并有效衰減熱輻射的傳遞，從而達到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減輻射等機理復(fù)合作用的滅火效果。 細

7、水霧以易取、價廉的水作為滅火介質(zhì)，對環(huán)境無污染，對人員無傷害，用水量小，對被保護對象水漬影響極小，因而在應(yīng)用和研究方面，國際上已經(jīng)得到了廣泛的開展。目前已有一系列專利產(chǎn)品，并制定了相應(yīng)的設(shè)計、施工及驗收規(guī)范，如美國消防協(xié)會的NFPA750標(biāo)準(zhǔn)、加拿大火災(zāi)研究實驗室制定的細水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計工程標(biāo)準(zhǔn)。許多實驗室和生產(chǎn)廠家業(yè)已對細水霧在電子設(shè)備房、歷史建筑、珍貴資料庫等場所抑制和撲滅火災(zāi)有效性進行研究。另外，細水霧對燃氣渦輪機、高層建筑內(nèi)的變壓器室及配電房等設(shè)備場所的保護以及燃氣爆燃的控制等方面也有著預(yù)期良好的應(yīng)用前景，在商業(yè)上有待發(fā)展。加拿大的Securiplex公司、德國的Fogtec公司、芬蘭

8、的Marioff公司、奧地利的Hainzl公司等生產(chǎn)廠商都已將自己的細水霧產(chǎn)品應(yīng)用于火災(zāi)安全的眾多領(lǐng)域，在市場上獲得了良好的反響。國內(nèi)對于細水霧滅火技術(shù)的研究起步較晚，但也已經(jīng)逐步得到開展。更為可喜的是，細水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用在國內(nèi)的領(lǐng)域也不斷加深和推廣。 細水霧滅火技術(shù)及系統(tǒng)在隧道中的應(yīng)用評價 4.1目前常規(guī)防治措施的局限性 隧道火災(zāi)防治中長期以來采用的是通風(fēng)控制煙氣或封堵降氧等相對消極的防火對策，雖然成本較低，工程設(shè)計難度較小，但并不能有效控制火災(zāi)的延燒，往往要經(jīng)歷幾小時甚至幾天的火災(zāi)持續(xù)時間，從而造成財產(chǎn)的重大損失及隧道結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。而且通風(fēng)煙控技術(shù)受外界影響較大，操作不當(dāng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的

9、負面作用，封堵降氧則極易造成隧道重新開啟的復(fù)燃。因此，在隧道火災(zāi)防治中采用積極高效的滅火手段，結(jié)合其它防治措施，能夠更加有效地保障人員疏散，降低隧道火災(zāi)損失。 然而常規(guī)的自動水噴淋系統(tǒng)在隧道內(nèi)使用的有效性存在一定的爭議，原因有以下幾點： 水噴淋噴頭一般只能安裝在隧道上部，如果是隧道內(nèi)車輛內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，往往無法及時抑制或撲滅； 水噴淋耗水量大，容易造成隧道內(nèi)路面濕滑，并促使液體火災(zāi)的擴大； 水噴淋需要固定的大量水源和排水系統(tǒng)，以及其它管路設(shè)備，在隧道內(nèi)安裝維護具有一定的難度。 因此，為了更好的達到及時抑制和撲滅隧道火災(zāi)，保障人員安全疏散，減少財產(chǎn)損失的目的，有必要對滅火系統(tǒng)進行改進，在滅火有效性

10、、系統(tǒng)靈動性、人員和財產(chǎn)的安全性以及用水量等方面更加適合隧道整體設(shè)計的要求。作為新興滅火技術(shù)的細水霧無疑是值得考慮的對象之一。 4.2隧道火災(zāi)防治中的細水霧滅火技術(shù)特點 綜合考慮配置滅火系統(tǒng)的有效性和經(jīng)濟性，隧道內(nèi)的滅火系統(tǒng)按照其安裝方式通?？梢苑譃楣潭ㄊ綔缁鹣到y(tǒng)和移動式滅火系統(tǒng)兩類。以細水霧為滅火介質(zhì)的滅火系統(tǒng)也可按這兩種情況分別考慮技術(shù)解決方案。 4.2.1固定式細水霧滅火系統(tǒng) 該系統(tǒng)利用探測裝置和控制系統(tǒng)，使噴頭可以自動定位，然后高壓噴射出水霧，對準(zhǔn)隧道內(nèi)車輛起火位置，從而對火勢進行有效抑制，如圖2所示。 圖2 應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道系統(tǒng)各部分自身特點，分別考慮選用局部保護系統(tǒng)、分區(qū)保護系統(tǒng)或者全

11、淹沒式保護系統(tǒng)。 局部應(yīng)用系統(tǒng)：系統(tǒng)直接對位于封閉空間、非封閉空間或室外的保護對象噴霧進行保護。將該系統(tǒng)安裝于特定位置，對關(guān)鍵設(shè)備進行重點保護。 分區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)：保護封閉空間中局部區(qū)域的系統(tǒng)。一個區(qū)域可以有多套保護系統(tǒng)，當(dāng)某個局部區(qū)域發(fā)生警報時，只啟動相應(yīng)細水霧系統(tǒng)的控制閥，對其噴霧進行保護。 全淹沒式應(yīng)用系統(tǒng)：系統(tǒng)對封閉空間噴霧，保護封閉空間內(nèi)所有危險對象。由于該系統(tǒng)霧化性能強、覆蓋范圍廣的特點，如果將噴頭組合使用，也可用于對封閉區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備進行全淹沒式保護。 4.2.2移動式細水霧滅火系統(tǒng) 隧道內(nèi)使用的移動式細水霧滅火系統(tǒng)可以考慮分為兩類，即救援車載系統(tǒng)和行駛車輛本身安裝的滅火系統(tǒng)。 利用

12、細水霧滅火系統(tǒng)相對輕便的特點，可將該系統(tǒng)安裝于救援車內(nèi)。特別對于鐵路隧道或地下鐵路中，車輛還配有“軌道、道路”通用系統(tǒng)，在車輛前后四個車輪上配有受它驅(qū)動的軌道小輪，其寬度與鐵路軌道的尺寸吻合。這樣，救援車在地面和軌道上行駛都能進退自如。因此，救援車能夠做到對隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后的快速準(zhǔn)確反應(yīng)。 將帶有水箱的水平氣動泵組安裝于車廂底部。每個乘客車廂連接若干噴頭，列車末端的駕駛員車廂安裝一個噴頭。在車廂內(nèi)設(shè)置與自動探測報警裝置連接的自動閥和手動閥。該系統(tǒng)能夠在車廂內(nèi)早期火災(zāi)階段即有效抑制和熄滅火災(zāi)，而同時不影響列車的行駛和人員的疏散，使得列車能夠行駛到站臺從而更加順利的逃生，避免列車被迫停在行車隧道內(nèi)

13、的危險局面。 4.3細水霧在隧道火災(zāi)防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著世界各國對細水霧的滅火機理的認識和滅火技術(shù)的研究日益深入，細水霧也不斷在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括隧道火災(zāi)的防治中細水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。 德國IFEX公司研制的IFEX3000型脈沖式滅火技術(shù)，以水為滅火介質(zhì)，利用壓縮空氣驅(qū)動，使水高速噴出，水滴微粒大小在2200m之間。1997年10月和1999年8月分別在挪威和瑞典的海岸公路隧道內(nèi)對其進行了實體滅火試驗。 圖3 圖4 試驗結(jié)果均表明，IFEX3000型脈沖式滅火技術(shù)能夠迅速撲滅火災(zāi)，用水量與常規(guī)水噴淋相比，可節(jié)省用水量的95%，并能迅速凈化空氣和保護環(huán)境。其脈沖設(shè) 備及其移動式滅火系統(tǒng)如

14、圖3、圖4所示。目前該系統(tǒng)在德國、瑞典、挪威等國的隧道已經(jīng)得到應(yīng)用。 芬蘭Marioff公司的Hi-Fog系列細水霧滅火系統(tǒng)自1996年開始，就已在西班牙、英國、澳大利亞等國的地鐵交通中推廣細水霧的應(yīng)用。到20xx年，在西班牙馬德里地鐵、英國倫敦地下交通中，分別都已安裝了超過300個獨立的細水霧保護系統(tǒng)，保護區(qū)域包括地鐵列車、電梯、地鐵控制室及地下零售商店。馬德里城市安全部門官員評價說：“細水霧是一種經(jīng)濟、友好、安全的滅火介質(zhì)，不會像氣體滅火劑那樣受到太多的限制。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)水噴淋或雨淋系統(tǒng)相比，Hi-Fog系統(tǒng)需要最小的設(shè)計工序和市政工程造價，以及簡易的維護要求。我們選擇Hi-F

15、og，因為它已經(jīng)證實具有良好的滅火性能，能夠有效吸收煙氣和最重要的一個原因最低的長期代價?！盡arioff公司也正計劃將細水霧系統(tǒng)應(yīng)用于鐵路和公路隧道。 奧地利Hainzl工業(yè)公司以其對細水霧滅火技術(shù)將近20年的研究基礎(chǔ)，研制了適用于鐵路隧道的滅火系統(tǒng)。在對世界各地隧道內(nèi)發(fā)生的重大火災(zāi)爆炸事故進行徹底全面調(diào)查后，歐盟隧道交通安全委員會于1999年5月決定在鐵路隧道內(nèi)通行的穿梭式列車上，全部配備和安裝由奧地利該公司設(shè)計生產(chǎn)的AQUASYS牌自動水霧消防系統(tǒng)，這種消防設(shè)備的最大優(yōu)點是，車輛在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的一瞬間，會立即啟動，噴出高壓水霧，籠罩火源，急劇降低火源及其四周的溫度，有效控制火源升溫和火

16、勢蔓延的速度，為消防隊員及時趕到出事現(xiàn)場爭取寶貴的時間。試驗表明，該系統(tǒng)能符合重載車輛火災(zāi)（80100kW）的撲救要求。 在電纜隧道的火災(zāi)防治中，Hi-Fog、Fogtec、Securiplex等公司的細水霧滅火系統(tǒng)也都已發(fā)揮了重要作用。圖5給出了細水霧撲滅電纜隧道火災(zāi)的過程，可以看出，細水霧作用之后，電纜受火災(zāi)的破壞及水漬影響比較小。 圖5 但目前在國內(nèi)的隧道安全防治中，還未有細水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。因此，結(jié)合隧道火災(zāi)自身的特點及細水霧技術(shù)在其防治中的優(yōu)勢，細水霧滅火系統(tǒng)在隧道火災(zāi)防治方案中應(yīng)當(dāng)具有重要的推廣意義和應(yīng)用價值。 結(jié)論 細水霧在隧道火災(zāi)安全的防治中具有其獨有的優(yōu)勢。針對隧道火災(zāi)的特

17、點，在技術(shù)上進行創(chuàng)新，能夠使這一清潔、高效的新型滅火技術(shù)很好地應(yīng)用于隧道火災(zāi)的防治。細水霧滅火系統(tǒng)在國外的隧道火災(zāi)防治中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，并取得了明顯的效果。但是，細水霧在隧道條件下的滅火機理性研究尚開展的不夠深入，這在一定程度上限制了其技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮，因此有必要在這方面進行加強。參考文獻1.陳立道. 道路隧道火災(zāi)預(yù)防與控制研究. 地下空間, Vol.23 No.1, 20xx2.W.K.Chow, Jojo S.M.Li. Safety requirement and regulations reviews on ventilation and fire for tunnels in the Hong Kong special administrative region. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol.14 No.1. 19993.Bin Ya