摘要：针对国内水下隧道消防水系统无明确规定的现状，根据海底隧道火灾的类型和特点，对目前常用的消防系统方案进行比较分析，进而确定适宜的消防系统，在此基础上介绍了汕头苏埃湾海底长大隧道的消防水系统设计，并对设计中的某些关键技术参数进行探讨。
汕头苏埃湾海底长大隧道（下称汕头苏埃通道）是汕头市干线公路网规划纵线国道G324的复线，位于海湾大桥与礐石大桥之间，路线全长6 680 m，隧道封闭段长4 320 m（北岸暗埋段长690 m，盾构段长3 047.5 m，南岸暗埋段长437.5 m），两洞双向6车道，是我国第一条海底长大盾构公路隧道，同时具备城市交通隧道的功能。
1.1隧道交通层消防方案比选
隧道交通层具有公路隧道和城市交通隧道的特点，以客运为主，同时会有部分货车通过，火灾特点比较突出，一旦发生火灾，烟雾大、温度高、能见度低，疏散救援困难，根据相关研究，隧道内主要发生的火灾类型为A、B类火灾，B类火灾更为突出。根据水下隧道火灾的类型和特点，对下述3种消防方案进行比选。

方案一：消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+灭火器。
该方案是国内山岭隧道最常用的设计方案，消火栓系统一般以城市自来水或消防水池作为水源，消火栓在隧道一侧按照一定距离间隔设置，在消火栓箱一侧设固定式水成膜泡沫灭火装置，灭火器在隧道两侧按照一定距离交错设置。该方案特点是：可以有效扑灭A 类、B类初期火灾，固体物质着火后由于缺乏流动性，水体易附着于燃烧物表面，使燃烧物和空气隔绝，从而有效扑灭A类火灾；发生油类或流淌火灾时，在泡沫和水成膜的双重作用下，迅速冷却并覆盖油面，使燃烧物和空气隔绝，以达到扑灭B类火灾的效果；灭火器使用方便、性能可靠，可以有效扑灭各类初期小范围火灾。

方案二：消火栓系统+固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+固定式水喷雾系统+灭火器。
该方案是在方案一基础上增设固定式水喷雾系统。消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火装置和灭火器的功能与方案一相同。固定式水喷雾系统要达到灭火效果，固体火灾设计喷雾强度不小于15 L/（min·m2)，液体火灾（闪点在60～120 ℃）设计喷雾强度不小于20 L/(min·m2)；要达到防护冷却效果，设计喷雾强度不小于6 L/(min·m2)。一般情况下，由于市政给水管管径小或消防水池设置困难，另外海底隧道空间有限，喷雾水量达不到灭火要求，设计标准通常定位为防护冷却，将火情控制在一定的状态，降低火场温度，防止结构高温崩塌，同时便于消防队员靠近救援。

方案三：消火栓系统+泡沫-水喷雾联用灭火系统+灭火器。
该方案是将方案二的固定式水成膜泡沫灭火装置（手动）+固定式水喷雾系统由泡沫-水喷雾联用灭火系统取代。泡沫-水喷雾联用系统灭火时首先喷出泡沫，泡沫与水的混合比为3%，之后喷水进行冷却。扑灭A类火灾时，与水相比泡沫液更容易沿固体表面流淌并覆盖于固体表面，泡沫对固体表面的覆盖率较单纯以水为灭火介质的覆盖率更高，相对灭火盲点较少，灭火效果更好；扑灭B类火灾时，覆盖于油面的泡沫，能隔绝空气和抑制油气蒸发，同时泡沫析出的液体又能对燃油起到冷却作用，因此，对隧道内发生的油类火灾及流淌火灾，能在极短的时间内扑灭。
隧道交通层消防方案性能比选见表1。


泡沫-水喷雾联用灭火系统是一种较新的隧道消防系统，近年来被国内外较有影响的水下长大隧道广泛使用，如厦门翔安海底隧道、日本东京湾海底隧道，根据表1性能比较，为隧道消防安全考虑，隧道交通层消防系统采用方案三。


1.2隧道下层电缆通道消防方案比选
电缆通道内敷设通信、信号、电力等大量重要的电缆，对于隧道的安全运营极为重要，同时电缆通道内防火、救火条件相对恶劣，除了设置常规的灭火器外，还需要配备适宜的自动灭火设施，下面仅对自动灭火系统进行方案比选。

方案一：脉冲超细干粉自动灭火系统方案。
在电缆通道内全线设置脉冲超细干粉自动灭火系统，该系统由脉冲超细干粉自动灭火装置、启动组件、消防电源及显示盘组成。火灾发生时，组件传递火灾温度信号，实现灭火装置自动组合启动，高速喷射超细干粉灭火剂，淹没服务范围内的保护对象，达到瞬间高效灭火的目的。该装置适用于各电缆沟工程及电缆夹层的消防，在电力行业工程中应用广泛。

方案二：高压细水雾灭火系统。
在电缆通道内全线设置高压细水雾灭火系统，该系统由高压细水雾泵组、细水雾喷头、区域控制阀组、高压不锈钢管道以及火灾报警控制系统等组成。火灾发生时，火灾报警控制系统启动，喷头喷出的细水雾在隧道内四处弥散，降落速度缓慢、与烟气大面积长时间接触，可大量吸收火场中的烟雾和毒气，降低火场温度，保护电缆安全，可有效扑灭火灾。国内较有影响的上海长江隧道电缆通道设置了高压细水雾灭火系统。

隧道下层电缆通道消防方案性能比选见表2。

脉冲超细干粉自动灭火装置在电缆通道内的使用寿命仅为5年，汕头苏埃通道工程建设时一次性投资700万元，之后每隔5年更换一次，所需费用约400万元，隧道服务年限100年的工程总造价约为8 300万元。高压细水雾灭火系统一次性投资较高，约2 000万元，但使用寿命长、维护管理也比较方便、同时具有降温冷却、烟雾除尘功能，再根据表2性能比较，电缆通道自动灭火系统采用方案二。
2.1消火栓系统
在隧道北岸工作井、南岸控制中心各设一处消防泵房及消防水池，消防水池有效容积均为800m3。隧道两端消防泵房分别引出2根DN150的消火栓总管，沿两条隧道纵向敷设，全线贯通，形成安全可靠的消火栓总管环网。在每条隧道及匝道的一侧墙内，每隔40 m设置1组消火栓箱。下层疏散通道不单独设置消火栓给水系统，只在消防人员进出的救援楼梯处增设消火栓，其间距与救援楼梯一致，该消火栓从车道层消火栓系统干管上接出。

2.2泡沫-水喷雾联用灭火系统
隧道两端消防泵房内的水喷雾泵引出2根DN250管道，经泵加压后沿两条隧道纵向敷设，全线贯通，为隧道内泡沫-水喷雾联用系统供水，消防泵房内的泡沫泵引出2根DN65泡沫管道，沿两条隧道纵向敷设，全线贯通，为隧道内泡沫-水喷雾联用系统供泡沫液。泡沫-水喷雾联用灭火系统沿隧道纵向划分若干独立的灭火分区，每区段长度约20 m，单侧设泡沫水喷雾喷头5只，每个区段设置独立的泡沫水喷雾控制阀组，消防灭火时火灾区及相邻区段同时作用。

2.3灭火器系统
在隧道交通层的一侧，相距40 m设置灭火器箱1组,在隧道的另一侧，相距40 m与消火栓共箱设置灭火器1组，隧道两侧灭火器洞室与消火栓洞室交错等间距布置；隧道下层的纵向疏散通道相距25 m设置挂壁式灭火器1组；每组内设4具5 kg装磷酸铵盐灭火器。在电缆通道内每隔25 m设置2具5 kg装磷酸铵盐灭火器。

2.4高压细水雾灭火系统
隧道两端消防泵房内的高压细水雾泵引出2根DN65管道，经泵加压后沿两条电缆通道纵向敷设，海中盾构段全线贯通，为高压细水雾灭火系统供水。高压细水雾沿盾构段电缆通道纵向划分若干独立的灭火分区，每区段长度约30 m，通道顶板下中间位置设置开式喷头，喷头的安装间距2.5 m，在准工作状态时，分区控制阀至喷头之间管网为干式，高压泵组至分区控制阀间有1.6 MPa的稳压水。火灾时，主泵启动并达到设计压力（12 MPa），火灾区及相邻区段同时作用。

2.5地面消防系统
在隧道北岸工作井、南岸控制中心、洞口及匝道洞口地面附近各设8套水泵接合器，其中2套接消火栓环状管网、5套接水喷雾环状管网、1套接泡沫液环状管网，并在距水泵接合器15～40 m范围内设置对应的室外消火栓。隧道洞口外消火栓用水量30 L/s，火灾延续时间4 h。

3.1消火栓、灭火器设置间距
到目前为止，国家标准《公路隧道消防技术规范》尚未正式颁布，交通运输部行业标准《公路隧道设计规范 第二册 交通工程及附属设施》（JTG D70/2-2014），在总则中强调“本规范适用于各等级公路的新建和改建山岭隧道”，不包括水下公路隧道，能够参考的规范只有《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）及《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014），这两本规范均要求：“隧道内消火栓的间距不应大于50 m”，国内很多隧道以此为标准，消火栓间距按50 m取值，部分为45 m，笔者认为不妥，消火栓间距应按现行规范：“室内消火栓的布置应满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱到达任何部位”的要求，经计算确定。以本隧道为例，建筑限界高度：H=5 m，单洞隧道宽度：L=12.25 m，消火栓保护半径：R=2×25×0.8＋5×0.71＝43.55 (m)，则消火栓间距：S=(43.552-12.252）0.5=41.79 (m)，取40 m。

对于灭火器间距的设置，《建筑设计防火规范》要求：“通行机动车的一、二类隧道和3条及以上的车道的三类隧道，在隧道两侧均应设置灭火器，灭火器设置点的间距不应大于100 m”，而《建筑灭火器配置设计规范》（GB 50140-2005）要求：“严重危险级，手提式灭火器最大保护距离A类火灾15 m，B、C类火灾9 m”，调查国内已通行的水下三车道隧道，上海长江隧道双侧交错布置，单侧设置间隔50 m，青岛胶州湾海底隧道双侧交错布置，单侧设置间距45 m，隧道灭火器的设置间距也不统一。笔者认为，《建筑设计防火规范》灭火器间距设置距离偏大，一旦发生火灾，对扑灭初期火灾不利；《建筑灭火器配置设计规范》适用的建筑通常以人为主体，而公路隧道以车辆为主体，两者对象不同，车辆一般携带有灭火器，从这个角度考虑，隧道内灭火器的设置间距可以适当加大；结合国内已建水下隧道灭火器的单侧设置间距通常不大于50 m，同时考虑本隧道消火栓的设置间距为40 m，灭火器单侧也按40 m进行设置比较合适，一侧与消火栓共箱设置，另一侧与消火栓箱等距离交错布置，这种布置方式既可以满足消防要求，又可以使隧道两侧箱体整齐美观。隧道消火栓和灭火器布置见图1。

3.2消防水泵压力确定及水系统管线成环

本隧道是海底盾构公路隧道，盾构段因地质原因，为结构安全考虑不设置联络通道，针对此类型的长大隧道，消防水泵压力如何确定才能使消防水系统管线成环，笔者在调查中发现，国内已运营部分水下隧道消防管线看似成环，实则是支状管线，下面以本隧道为例进行探讨，隧道消防水系统布置示意见图2。

隧道两端分别设有消防泵房，国内有一些水下隧道设计思路为：“南北岸消防泵房各控制半个环状管网，即系统的压力最不利点为管段A-C或D-F的中点B或E处”，由图2可知，这种划分方式，消防水系统管线并不是真正意义上的环状管网，不符合规范的要求。举例分析：按原设计，当4点处发生火灾时，应启动南岸消防泵房，但若管道D-4发生故障，南岸消防泵不能满足压力要求，启动北岸消防泵也不能满足压力要求，此时管线实际为支状管线，因此笔者认为，南北岸消防泵房最不利点划分不应为管线中点B或E处，对于南岸消防泵房，管线最不利点应为F点，对于北岸消防泵房，管线最不利点为D点，如此设计，消防水泵压力才能使消防水系统管线成环。

汕头苏埃通道消防水系统设计，隧道交通层设置消火栓系统、灭火器、泡沫-水喷雾联用灭火系统；隧道下层电缆通道设置灭火器、高压细水雾灭火系统（为国内海底公路隧道首次采用）；隧道下层疏散通道设置灭火器；为了满足救援的需要，在隧道敞口段设置室外消火栓和水泵接合器等地面消防系统。
隧道各个消防系统的设计要满足规范的要求，当和规范不一致或者规范间有矛盾时，要依据隧道本身的特点，对一些关键技术参数进行探讨，在此基础上完成隧道消防系统的设计。