1、隧道通风安全与照明 第4章 隧道消防设计2本章主要内容第一节第一节 火灾燃烧基础火灾燃烧基础 一、一、可燃物的种类可燃物的种类 二、二、燃烧过程中的传热与传质燃烧过程中的传热与传质 三、三、着火与灭火着火与灭火 四、四、可燃物的火灾燃烧特点可燃物的火灾燃烧特点 五、五、火羽流与顶棚射流火羽流与顶棚射流第二节第二节 隧道火灾的原因与特点隧道火灾的原因与特点 一、一、隧道火灾的主要原因隧道火灾的主要原因 二、二、隧道火灾的基本特点隧道火灾的基本特点3本章主要内容第三节第三节 隧道消防设计的基本要求隧道消防设计的基本要求 一、一、隧道结构的防火等级隧道结构的防火等级 二、二、隧道建筑的防火安全布局隧
2、道建筑的防火安全布局 三、三、隧道防火分区和建筑构造隧道防火分区和建筑构造 四、四、隧道的消防给水与灭火系统隧道的消防给水与灭火系统 五、五、隧道的通风排烟系统隧道的通风排烟系统 六、六、隧道的电气控制系统隧道的电气控制系统 七七、隧道的消防控制隧道的消防控制4第一节 火灾燃烧基础一、可燃物的种类一、可燃物的种类 1 1、种类、种类 1 1）按形态：）按形态：气态、液态、固态。 2 2）按来源：）按来源：天然可燃物、人造可燃物 3 3）从组成）从组成：单纯物质、混合物 2 2、燃料的来源、燃料的来源二、燃烧过程中的传热与传质二、燃烧过程中的传热与传质 1 1、导热：、导热：是物质运动分子之间由
3、于相互接触而产生的一种热量传递方式。与固体相关。 式中：常数k称为材料的导热系数（W/mK），严格说来，它随温度变化而变化 5第一节 火灾燃烧基础2 2、对流传热、对流传热 指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过弯管中的对流传热过程。热对流主要发生在流动的气体、液体气体、液体之间，不会在固体中发生，但在固体和液体、气体间也存在热对流 对流换热三个基本因素：流体的运动状态、流体与固体壁面温度差、流体的流体的运动状态、流体与固体壁面温度差、流体的热物性热物性 h为比例系数，称为对流换热系数（W/m2K），Tw为固体表面温度，Tf为流体温度3 3、热辐射：、热辐射：辐射传
4、热不要求热源与接收体之间有中间介质，它是电磁波形式的能量传递，像可见光一样，可以被物体表面吸收、反射等。辐射能：一个物体在单位时间内、由单位面积上辐射出的能量。物体的辐射能与温度的四次方成正比。 为Stefan-Boltzman常数，其值为5.66710-8W/m2K。温度T取开氏温度。为辐射率6三、着火与灭火三、着火与灭火 火灾三要素：火灾三要素：可燃物质、助燃物质和着火源可燃物质、助燃物质和着火源。 燃烧的这四个条件间的关系燃烧的这四个条件间的关系第一节第一节 火灾燃烧基础火灾燃烧基础1 1、着火的形式、着火的形式1 1）自燃：）自燃：物质在一定的条件下自行发生的燃烧现象。可为热自燃和化学
5、自燃 点燃点燃：使用小火焰、电火花、电弧、热物体等高温热源作用于冷态可燃物使之发生燃烧的过程。需要施加外来热源。从本质上说，可燃物着火是其氧化反应由慢速加速到一定程度的现象。引起氧化反应的加速，或是由于温度的升高，或是由于活性中心的积累。着火过程的热自燃理论和链着火理论着火过程的热自燃理论和链着火理论2)2)热自燃理论热自燃理论 系统的能量方程：式中，式中， 代表体系中单位体积预混气在单位时间内由化学反应放出的热量，代表体系中单位体积预混气在单位时间内由化学反应放出的热量，简称放热速率；简称放热速率； 是单位体积预混气在单位时间向外界环境散发的热量，简是单位体积预混气在单位时间向外界环境散发的
6、热量，简称散热速度；称散热速度； 分别为可燃预混气的密度、定容比热和单位体积预混气分别为可燃预混气的密度、定容比热和单位体积预混气的反应热；的反应热； 是预混气的化学反应速率。是预混气的化学反应速率。第一节第一节 火灾燃烧基础火灾燃烧基础8第一节 火灾燃烧基础热自燃理论认为：着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。 当温升超过B点时，放热速率急剧增大，系统的放热大于散热，使系统的温度逐渐升高而发生着火。Tc 就是热自燃温度9第一节 火灾燃烧基础3)3)链着火理论链着火理论 链反应理论认为，在反应体系中可出现某种活性基团，只要这种活性基团在反应体系中
7、可出现某种活性基团，只要这种活性基团不消失，反应就一直进行下去，直到反应完成。不消失，反应就一直进行下去，直到反应完成。 链反应一般由链引发、链传递、链终止链引发、链传递、链终止三个步骤组成 链反应理论认为，反应自动加速是通过反应过程中自由基的逐渐积累来达到反应加速的。系统中自由基数目能否发生积累是链锁反应过程中自由基增长因素与自由基销毁因素相互作用的结果。自由基增长因素占优势，系统就会发生自由基积累。 氢与氧的反应：氢与氧的反应：(1)(1) （链引发）（链引发） (2) (2) （链传递）链传递） （3 3） （链终止）（链终止）10第一节 火灾燃烧基础4)4)影响着火的主要因素影响着火的
8、主要因素(1) (1) 可燃物的物态。可燃物的物态。可燃气体的点燃能较小，可燃液体的次之，可燃固体的点燃能较大(2) (2) 可燃物的结构组成。可燃物的结构组成。烷烃类的最小引燃能量最大，烯烃类次之，炔烃类较小；碳链长，支链多的物质，引燃能量较大。(3) (3) 可燃气体的浓度。可燃气体的浓度。一般当可燃气体浓度稍高于其反应的化学当量比浓度时，所需的点火能最小(4) (4) 可燃混合气的初温和压力。可燃混合气的初温和压力。可燃混合气的初温增加，最小点火能减少；而其压力降低，则最小点火能增大(5) (5) 点火源的性质与能量。点火源的性质与能量。引起一定浓度可燃物燃烧所需要的最小能量称为最小点火
9、能11第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat5)5)灭火分析灭火分析(1) 降低系统内的可燃物或氧气浓度降低系统内的可燃物或氧气浓度(2) 基于热着火理论的灭火分析基于热着火理论的灭火分析通过改变系统的散热条件也能达到灭火的目的(3) 依据链反应理论的灭火分析依据链反应理论的灭火分析 若要使已着火系统灭火，必须使系统中的活性基团的销毁速率大于其增长速率。若要使已着火系统灭火，必须使系统中的活性基团的销毁速率大于其增长速率。加大这些基团销毁的主要途径： 增加活性基团在气相中的销毁速度 增加活性基团在固体壁面上的销毁速度 降低反应系统的温度12第一节 火灾
10、燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat四、可燃物的火灾燃烧特点四、可燃物的火灾燃烧特点1)1)可燃气体的燃烧可燃气体的燃烧(1) 预混燃烧预混燃烧:两者先混合然后再燃烧称为预混燃烧(2)气相扩散燃烧气相扩散燃烧:两者边混合边燃烧称为扩散燃烧层流扩散火焰高度层流扩散火焰高度式中，qv为燃料气的体积流量，m3/s，Di为气体的扩散系数，m2/s；v为燃料气的平均流速，m/s；R为喷口的当量半径，m；Kc为修正系数。湍流扩散火焰的高度湍流扩散火焰的高度式中，ZT为湍流火焰的高度，KT为修正系数13第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTP
11、sat2. 2. 可燃液体的燃烧可燃液体的燃烧可燃液体在火灾中的燃烧主要是液面燃烧，即火焰直接在液体表面上生成。可燃液体在火灾中的燃烧主要是液面燃烧，即火焰直接在液体表面上生成。一般称为池火一般称为池火(Pool Fire)液体燃烧主要包括液体燃烧主要包括蒸发蒸发和和气相燃烧气相燃烧两大阶段两大阶段常用常用闪点闪点(Flash Point)来衡量液体的火灾安全性能。液体的闪点越低，表明来衡量液体的火灾安全性能。液体的闪点越低，表明其火灾危险性越大其火灾危险性越大14第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat3. 3. 可燃固体的燃烧可燃固体的燃烧 可燃固体
12、的燃烧过程可燃固体的燃烧过程大体为：在一定的外部热量作用下，物质发生热分解，生成大体为：在一定的外部热量作用下，物质发生热分解，生成可燃挥发分和固定炭；若挥发分达到燃点或受到点火源的作用，即发生明火燃烧。可燃挥发分和固定炭；若挥发分达到燃点或受到点火源的作用，即发生明火燃烧。有一些可燃固体有一些可燃固体受热后，先熔化为液体，由液体蒸发生成可燃蒸汽，再以燃料气的受热后，先熔化为液体，由液体蒸发生成可燃蒸汽，再以燃料气的形式发生气相燃烧形式发生气相燃烧 自燃自燃是指可燃固体受热或自然发热，而热量可在其周围积蓄起来，致使可燃物达是指可燃固体受热或自然发热，而热量可在其周围积蓄起来，致使可燃物达到一定
13、的温度而发生的燃烧到一定的温度而发生的燃烧 在规定条件下，可燃物质发生自燃的最低温度称为该物质的在规定条件下，可燃物质发生自燃的最低温度称为该物质的自燃点自燃点。物质的自燃。物质的自燃点越低，发生火灾的危险性越大点越低，发生火灾的危险性越大15第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat五、火羽流与顶棚射流五、火羽流与顶棚射流1. 1. 火羽流火羽流 轴对称羽流和非轴对称羽流轴对称羽流和非轴对称羽流(1) 虚点源的位置虚点源的位置为了计算羽流的参数随高度的变化，需要选取一个基准位置，这一位置称为虚点源。式中， 为虚点源距离火源面的高度 (m)， 为火源的热释
14、放速率(kW)， 为火源的直径(m)，经验常数 左右。(2) 火焰高度火焰高度式中， 为火焰的平均高度(m)；一般，经验常数 左右16第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat(3) 质量流率质量流率式中， 为羽流在高度 处的质量流率 (kg/s)， 表示火源的总热释放速率 的对流部分(kW)，一般可认为 为虚点源的高度(m)。(4)羽流平均温度羽流平均温度式中， Tp为 高度处羽流气体的平均温度(K)；Tz 为 z高度处周围空气的绝对温度(K)， cp为羽流中气体的比定压热容(kJ/(kgK)。(5)羽流中心线温度羽流中心线温度式中， Tz为 高度处周围
15、空气的绝对温度(K)， 为 z高度处空气的密度(kg / m3)，g为当地重力加速度(m /s2)，常数C5=9.1 。17第一节 火灾燃烧基础vad.)1 (003484. 0378. 0PPTPsat2. 2. 顶棚射流顶棚射流: :当烟气羽流撞击到房间的顶棚后便形成沿顶棚下表面蔓延的顶当烟气羽流撞击到房间的顶棚后便形成沿顶棚下表面蔓延的顶棚射流。设火源表面到顶棚的高度为棚射流。设火源表面到顶棚的高度为Z，烟气羽流以轴对称的形式撞击顶棚，烟气羽流以轴对称的形式撞击顶棚，离开撞击区的中心水平距离为离开撞击区的中心水平距离为r。顶棚射流的最高温度顶棚射流的最高温度当当 时时当当 时时式中，式中
16、， 是火源的热释放速率，用是火源的热释放速率，用kW表示。表示。顶棚射流的最高速度顶棚射流的最高速度 18第二节 隧道火灾的原因与特点一、隧道火灾的主要原因一、隧道火灾的主要原因 1、交通隧道火灾大体可分为过往车辆火灾、隧道设备火灾过往车辆火灾、隧道设备火灾和隧道附属用房隧道附属用房火灾 1 1、引发隧道火灾的原因、引发隧道火灾的原因 1)机动车故障； 2)交通事故； 3)车载货物起火 4)隧道设施故障； 5)人为过失或违章操作一、隧道火灾的基本特点一、隧道火灾的基本特点 1)火灾类型多样性,。隧道火灾中A类火灾发生频率较高，B类火灾、混合物品火灾造成重、特大隧道火灾的频率较高。 2)烟气的浓
17、度大、温度高 3)火灾蔓延迅速 4)起火点的移动 5)人员疏散困难 6)灭火救援难度大 7)火灾危害大19第三节 隧道消防设计的基本要求1、欧美、日本等隧道较多的国家，都建立了隧道工程建设标准体系2、云南省工程建设地方标准DBJ53-14公路隧道消防技术规程确定的隧道消防设施设置标准。20第三节 隧道消防设计的基本要求一、隧道结构的防火等级一、隧道结构的防火等级 现行国家标准现行国家标准GB50016建筑设计防火规范建筑设计防火规范将城市（水下）交通隧将城市（水下）交通隧道划分为道划分为一、二、三、四等一、二、三、四等4类类云南省工程建设地方标准DBJ53-14公路隧道消防技术规程隧道防火等级
18、根据公路等级、隧道长度和交通量划分为I 级、II级、III级共三个等级21第三节 隧道消防设计的基本要求二、隧道建筑的防火安全布局二、隧道建筑的防火安全布局 隧道总体设计时，应根据隧道的自然条件，综合考虑隧道的消防隧道总体设计时，应根据隧道的自然条件，综合考虑隧道的消防安全布局，合理确定隧道及其安全布局，合理确定隧道及其附属用房的位置、防火间距、消防车道、附属用房的位置、防火间距、消防车道、消防水源以及室外消防应急设施消防水源以及室外消防应急设施等等 1. 1.附属用房附属用房 隧道外的设备用房与其它用房贴邻设置时，应采用建筑构件耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.50h的楼板与其它用房分隔开
19、。 中央控制室设有重要设备的房间，应设置火灾自动报警系统和自动灭火系统。 2. 2.消防车道消防车道 长度超过1000m的二级公路隧道外应设置回车场，回车场不应小于15m15m。22第三节 隧道消防设计的基本要求 对于双向交通的特长隧道和长隧道，有必要在隧道外设置回车场。 消防车道的净宽度不应小于3.50m，消防车道上方4.00m 以内的净空范围不得设置妨碍灭火救援的架空管线和设施、设备；消防车道下的管道和暗沟应能承受消防车满载时的轮压。 供消防车取水的消防水池，应设置消防车道23第三节 隧道消防设计的基本要求 3. 3.避难逃生设施避难逃生设施 隧道安全疏散通常利用隧道内设置的辅助坑道或者专
20、门设置的疏散避难通道。疏散用辅助坑道包括橫洞、平行导坑、斜井和竖井等。 隧道安全疏散形式 1）双洞单向交通隧道，利用橫洞橫洞作为疏散联络道，两座隧道互为安全疏散通道。 24第三节 隧道消防设计的基本要求 2）利用平行导坑平行导坑作为疏散通道或者沿隧道长度方向在双孔隧道中间、单孔隧道附近设置的人员专用疏散避难通道，如图4-3-3所示，为英法海峡隧道服务与疏散专用隧道。 3）利用竖井、斜井等设置人员疏散通道。如图4-3-4所示，为台湾林口隧道剖面示意图。 25第三节 隧道消防设计的基本要求 4）铁路隧道中利用多种辅助坑道组合多种辅助坑道组合设置的人员安全疏散通道。 26第三节 隧道消防设计的基本要
21、求 四类安全疏散形式中，对于专用避难疏散通道和独立避难间分别由如下要求： （1）专用避难疏散通道专用避难疏散通道直接通往室外的出口不应少于2个，并应设置在不同的方向上。隧道与专用避难疏散通道之间应设置前室，通道及其前室的净宽度不应小于2.00m，净空高度不应低于2.50m，前室的净面积不应小于10m2，通往专用避难疏散通道及其前室的门均应采用甲级防火门，装修材料必须为A级。专用避难疏散通道及其前室内必须设置独立的防烟排烟设施；应设置紧急电话、应急广播、应急照明、疏散指示标志和灭火器；前室内应设置室内消火栓。（2）独立避难间独立避难间和专用疏散通道前室的设置间距不宜大于300 m，面积不宜小于1
22、0m2；装修材料必须为A级避难间内必须设置独立、可靠的防烟排烟设施，送风管、排烟管不得明敷在隧道内；27第三节 隧道消防设计的基本要求三、隧道防火分区和建筑构造三、隧道防火分区和建筑构造 隧道内应采用防火墙或建筑构件耐火极限不低于隧道内应采用防火墙或建筑构件耐火极限不低于3.00h的耐火构件的耐火构件将横洞、附属用房、专用避难疏散通道、独立避难间等与隧道分隔开，将横洞、附属用房、专用避难疏散通道、独立避难间等与隧道分隔开，形成相互独立的防火分区形成相互独立的防火分区 1. 1.防火分隔构件防火分隔构件 防火分隔构件包括防火墙、楼板、防火门窗、防火卷帘、防火阀、排烟防火阀等。 1)防火墙；2）防
23、火门；3）防火卷帘 2.2.管沟分隔管沟分隔 3. 3.隧道内的附属用房分隔隧道内的附属用房分隔28第三节 隧道消防设计的基本要求四、隧道的消防给水与灭火系统四、隧道的消防给水与灭火系统 1. 1.消防给水消防给水 除四类隧道和行人或通行非机动车辆的三类隧道，可不设置消防给水系统外，在进行城市交通隧道的规划与设计时，应同时设计消防给水系统。 隧道消防给水分为常高压或临时高压给水系统。 (1)常高压给水系统：设置高位消防水池，利用消防水池与管网的高程差产生的势能保证隧道内的供水压力，管网经常保持满足灭火时所需的压力和流量 (2)临时高压给水系统：隧道管网最不利消火栓周围平时水压和流量不能满足灭火
24、的需要，在水泵房内设有消防水泵，火灾时启动消防水泵，使管网内的压力和流量满足灭火的需要29第三节 隧道消防设计的基本要求 1) 1)消防用水量消防用水量 I级长隧道和特长隧道的火灾延续时间不应低于3.00h，其余隧道的火灾延续时间不应低于2.00h。 隧道消防用水量应按隧道内、外消防用水量之和计算30第三节 隧道消防设计的基本要求 2) 2)消防水池消防水池 应设置消防水池： 隧道周围没有市政供水设施； 市政供水管网为枝状或只有一条进水管； 市政供水、天然水源及其取水设施不能满足隧道一次灭火的水量、水压要求 3) 3)消防水泵消防水泵 消防水泵房的设置应符合下列规定： 宜与其它附属用房贴邻设置
25、，确需设置在距隧道较远的地方时，其耐火等级不应低于二级，并应有人职守或能被控制室有效监控。 应设置直通室外的安全出口。 泵房内应设置消防水泵应急控制装置、火灾应急照明和消防对讲电话，配置移动式灭火器。31第三节 隧道消防设计的基本要求 4) 4)消防给水管道消防给水管道 隧道消防给水管道应布置成环状；环状管网的进水管不应少于2根 5) 5)消火栓系统消火栓系统 隧道每个出入口外应设置室外消火栓；双向交通隧道宜在隧道中部的适当位置设置一个室外消火栓，且宜采用地上式，当采用地下式消火栓时，应有明显标志。 2. 2.其它灭火设施其它灭火设施 1 1）水成膜泡沫灭火装置）水成膜泡沫灭火装置 水成膜泡沫
26、灭火装置属于移动式低倍泡沫灭火装置；水成膜泡沫灭火装置应安装在隧道侧壁的箱体内。 32第三节 隧道消防设计的基本要求 2 2）灭火器）灭火器 灭火器主要用于扑救隧道初期火灾。隧道内有可能发生A类、B类、C类火灾和E类火灾，隧道内适合配置ABC干粉灭火器和其它适用于扑救A、B、C、E 类火灾的通用灭火器。 危险等级和灭火器配置基准确定：一般隧道的危险等级确定为中危险级，对于以油罐车、可燃气体运输车辆等为主的隧道，其危险等级可确定为严重危险级。隧道灭火器配置以扑救B类火灾为基准，确定为1.0m2/B；每具灭火器的最小灭火级别综合考虑确定为55B。33第三节 隧道消防设计的基本要求 灭火器应成组配置
27、在灭火器箱内，每个灭火器箱内的灭火器数量不得少于2具，不宜多于5具。灭火器箱应安装在隧道侧壁上，应采用嵌墙型开门式灭火器箱，设置间距不应大于50m 。 每个灭火器箱内的灭火器数量计算：式中 n 每个灭火器材箱内的灭火器数量； L 灭火器材箱的设置间距，m； W 单孔隧道横断面的建筑限界净宽，m； k U 隧道灭火器的配置基准，m2/B； Rm 拟选用灭火器所对应的配置灭火级别，B； K 灭火设施修正系数。未设置灭火系统的，K取1.0；设置消火栓系统或水成膜泡沫灭火装置的，K取0.7。 KL 隧道长度修正系数；特长隧道、双向交通长隧道，KL取1.3；其余隧道，KL取1.0。 34第三节 隧道消防
28、设计的基本要求五、隧道的通风排烟系统五、隧道的通风排烟系统 通行机动车的一、二、三类隧道应设置机械排烟系统，通行机动车的四类隧道可采取自然排烟方式。 隧道防烟排烟方式：纵向式、半横向式、全横向式以及在这三种基本方式基础上的组合通风方式 机械排烟系统可与隧道的通风系统合用，合用时应符合：(1)采用全横向和半横向通风方式时，可通过排风管道排烟；采用纵向通风方式时，应能迅速组织气流、有效排烟；(2) 采用纵向通风方式的隧道，其排烟风速应根据隧道内的最不利火灾规模确定；1.1.隧道内防烟排烟系统及其风向、风速隧道内防烟排烟系统及其风向、风速2.2.隧道排烟风机隧道排烟风机3.3.隧道相关场所的防烟、排
29、烟和通风、空气调节隧道相关场所的防烟、排烟和通风、空气调节35第三节 隧道消防设计的基本要求六、隧道的电气控制系统六、隧道的电气控制系统1.1.消防电源及其配电消防电源及其配电1）消防用电设备供电负荷一、二类城市（水底）道路隧道以及公路隧道、城市（水底）铁路隧道的消防用电设备应按一级负荷要求供电；三类城市（水底）道路隧道、山岭铁路隧道的消防用电应按二级负荷要求供电。2）供电要求3）供（配）电线路要求4）消防用电设备的防雷、接地要求2.2.火灾应急照明及相关指示标志火灾应急照明及相关指示标志1）火灾应急照明）火灾应急照明36第三节 隧道消防设计的基本要求隧道及其附属用房的下列部位应设置火灾应急照
30、明：(1)隧道及其横洞内。(2) 消防控制室、消防设备用房、水泵房、配电室等。(3) 隧道内附属用房的安全疏散通道。(4) 独立避难间、专用避难疏散通道及其前室。2）指示标志）指示标志 (1) 隧道横洞指示标志(2) 紧急停车带、紧急电话、消防设备指示标志(3)疏散指示标志3 3 火灾自动报警系统火灾自动报警系统1）火灾探测器2）手动报警按钮3）火灾报警控制器和消防联动设备37第三节 隧道消防设计的基本要求4）火灾应急广播系统5）火灾声光警报装置6）可变信息情报板7）紧急电话七、隧道的消防控制七、隧道的消防控制1.消防控制室2.中央控制室3.相关系统的联动控制主要包括：(1)闭路电视的联动控制；(2)消防水泵的联动控制；(3)防火卷帘的联动控制；(4)防烟排烟系统的联动控制；(5)交通信号系统的联动控制。38本章内容结束谢谢
