1、1隧隧 道道 通通 风风第五章 隧道火灾预防与扑救2本章主要内容第一节第一节 隧道火灾场景及火灾发展隧道火灾场景及火灾发展第二节第二节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场隧道火灾情况下的烟气流动与温度场 一、浮力效应一、浮力效应 二、节流效应二、节流效应 三、回流现象三、回流现象 四、风速与烟气分布关系四、风速与烟气分布关系 五、隧道内温度场分布五、隧道内温度场分布第三节第三节 隧道火灾期间的排烟隧道火灾期间的排烟 一、一、隧道火灾期间排烟设计要求隧道火灾期间排烟设计要求 二、二、事故通风原则事故通风原则3本章主要内容 三、三、事故通风方式及风速要求事故通风方式及风速要求第四节第四节 隧道结构的
2、耐火保护隧道结构的耐火保护 一、一、隧道火灾对其结构的巨大破坏隧道火灾对其结构的巨大破坏 二、二、隧道结构防火保护的相关对策隧道结构防火保护的相关对策 三、三、隧道火灾升温曲线隧道火灾升温曲线 四、四、隧道结构受火后的性能变化分析隧道结构受火后的性能变化分析第五节第五节 隧道火灾自动探测报警系统隧道火灾自动探测报警系统 一、一、火灾探测报警概述火灾探测报警概述 二、二、隧道火灾探测报警系统选型隧道火灾探测报警系统选型4本章主要内容第六节第六节 隧道火灾灭火设施隧道火灾灭火设施 一、一、灭火剂灭火剂 二、二、灭火器灭火器 三、三、消火栓消火栓 四、四、隧道内喷水灭火系统隧道内喷水灭火系统第七节第
3、七节 隧道火灾灭火设施隧道火灾灭火设施 一、一、隧道火灾扑救的基本方法隧道火灾扑救的基本方法 二、二、火灾扑救基本原则火灾扑救基本原则 三、三、隧道防火救灾对策隧道防火救灾对策 四、四、隧道火灾扑救典型实例隧道火灾扑救典型实例5第一节 隧道火灾场景及火灾发展一、隧道火灾场景一、隧道火灾场景 隧道火灾的消防通风设计应针对中型火灾(20MW)二、隧道火灾发展二、隧道火灾发展 一般的隧道火灾场景中不同车辆类型为其火灾持续时间、热释放速率等情况因对象不同而有较大差异 6第二节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场分布 火灾时高温烟流流过隧道时，其内部自然风压将发生变化，这种因火灾而产生的自然风压变化量称之
4、为火风压火风压。目前我国交通隧道大都采用纵向式通风，在火灾工况下火风压是影响纵向通风效果的重要参数一、浮力效应一、浮力效应 热气流上升，在拱顶附近的隧洞上部形成一定厚度的热烟气流，由于着火点源源不断产生烟气，隧道顶部热的烟气流得以迅速扩大体积，向两侧扩充，同时隧道下部冷空气流向火点进行补充。7第二节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场分布二、节流效应二、节流效应 由于燃烧火焰阻碍烟流在隧道内流动以及由于风流体积流量变化而产生的阻碍风流流动的现象，称为火灾烟流的节流效应节流效应。由节流效应产生的阻力，称为烟流节流效应阻力。当忽略火灾烟流摩尔质量的变化，节流效应烟流阻力为：式中1火灾前风流的密度，k
5、g/m3；1火灾前风流的速度，ns；Mk火灾燃烧生成物的相对变化量，Mk=T1/T0 hm隧道的高度，m；隧道的坡度。节流效应烟流阻力由两部分组成：第一部分是烟流的温度变化和质量流量的变化引起的；第二部分是由于烟流流动过程中的温度变化引起的。8第二节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场分布三、回流现象三、回流现象 当有纵向通风时，火点两侧的烟气流不对称，如纵向风速v较小，不足以克服反向的上层热烟气流时将产生回流现象回流现象，即火点上部之烟气会逆着风向朝上风方向流动。隧道火灾时的临界风速隧道火灾时的临界风速是指在隧道火灾发生时为避免产生烟气逆流现象，使火灾烟气向下游方向扩散的的最小纵向风速。9第二
6、节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场分布 隧道内的火灾临界风速一般宜采用2辆载重车/公共车燃烧时的空气流动速度。以油罐车等易燃易爆危险物品运输为主，且交通得不到有效管制的隧道，其火灾临界风速宜采用2辆油罐车燃烧时的空气流动速度。中，vc临界风速，m/s；K1临界查德森系数的1/3次幂，取0.61；K2坡度修正系数，K2=1+0.0374i0.8；i隧道纵坡，%；g重力加速度，取9.8m/s2；Z隧道高度，m；火灾时热释放速率，kW；A隧道横断面积，m2；流向火灾区的空气密度，kg/m3；T0环境空气温度，K；cp空气比热，kJ/kgK。10第二节 隧道火灾情况下的烟气流动与温度场分布三、风速与
7、烟气分布关系三、风速与烟气分布关系 单洞双向行车时，纵向风速不得大于1.5m/s。四、隧道内温度场分布四、隧道内温度场分布 隧道内一旦发生火灾时人员的存活条件：(1)人体高度处温度不高于80。(2)烟雾浓度低，最小能见度不低于20m。(3)空气中含氧量不低于15%。(4)CO2含量不大于5%。(5)一氧化碳及碳氢化合物浓度不大于1500ppm。(6)氮氧化合物浓度不大于100ppm。隧道着火后纵向风速不得过大，否则将有如下三个缺点:下风方向高温区范围大；过高的热负荷，可造成一度烧伤；下风方向烟雾弥漫使人员迷失方向及中毒。因此，为有利于人员逃生，纵向风速宜控制在不大于2m/s。11第三节 隧道火
8、灾期间的排烟一、隧道火灾期间排烟设计要求一、隧道火灾期间排烟设计要求二、事故通风原则二、事故通风原则三、事故通风方式及风速要求三、事故通风方式及风速要求 目前的高速公路及一级公路隧道多为双洞单向行车，低等级公路则为单洞双向行车。事故通风应分为两个阶段:人员疏散阶段及消防灭火阶段。1)双洞双洞(单向行驶单向行驶)（1）人员撤离阶段 前方车辆可以向前继续行驶撤出洞外，少量破损车辆上的人员可下车向后方(即通风的上风方向)撤离；火场后方车辆及人员应尽可能通过人行及车行横通道撤离。12第三节 隧道火灾期间的排烟火灾隧道：进出口风机均向出口方向吹风，隧道内形成纵向风流，风机开动台数应以要求风速控制。相邻隧
9、道：进出口射流风机均应向洞内吹风，使洞内形成正压（2）消防灭火阶段 当火场下风方向的人员和车辆全部撤离之后(除损坏不能行驶者外)，关闭所有横通道门；火灾隧道:开动所有射流风机向隧道出口方向吹风，使洞内纵向风速在2.5m/s以上。，消防队员从上风方向到达火场救灾。2)单洞单洞(双向行驶双向行驶)（1）人员撤离阶段 主洞内进出口段的风机应均开动，并分别向最近洞口吹风，从而在主洞内形成负压，新鲜空气由平导经横通道流向主洞。风速要求：主动应采用1.0m/s的较小风速，车行及人行横通道风速不小于0.25m/s。13第三节 隧道火灾期间的排烟（2）防灭火阶段 在洞内人员全部撤离后，关闭所有通道门，进出口主
10、洞风机开动，以不小于2.5m/s的风速向离火场较远洞口吹风，消防队员从距火场较近洞口由上风方向进洞灭火14第四节 隧道结构的耐火保护一、隧道火灾对其结构的巨大破坏一、隧道火灾对其结构的巨大破坏隧道结构的防火保护分为六大类：1)不计入结构剖面的额外混凝土厚度2)在混凝土中添加聚丙烯纤维3)安装喷淋灭火系统4)在隧道衬体上粘贴防火板材5)在隧道衬体上喷射无机纤维6)在隧道衬体上喷涂防火涂料 15第五节 隧道火灾自动探测报警系统 隧道内的火灾报警系统一般由手动报警按钮、火灾检测器和火灾处理器构成。一、火灾探测报警概述一、火灾探测报警概述 烟雾、温度、火焰和燃烧气体称之为火灾参量。火灾探测器的基本原理
11、就是对烟雾、温度火焰和燃烧气体等火灾参量作出有效反应，通过敏感元件，将表征火灾参量的物理量转化为电信号，送到火灾报警控制器。16第五节 隧道火灾自动探测报警系统二、隧道火灾探测报警系统选型二、隧道火灾探测报警系统选型 公路隧道内来往车辆较多，排放的汽车尾气中含有大量的CO、NOx、SO2以及固体颗粒，因此不适宜使用感烟火灾探测器不适宜使用感烟火灾探测器，而应以感温探测器和火焰探感温探测器和火焰探测器测器为主。隧道常用火灾探测器主要包括：线型缆式定温火灾探测器、线型缆式差(定)温火灾探测器、线型空气管差温火灾探测器、线型光纤感温探测器和双波长火焰探测器等 1）线型缆式定温探测器线型缆式定温探测器
12、：一种能够在警戒区域内响应环境温度额定值的探测器。该类火灾探测器造价最便宜，但由于需安装在隧道顶部，施工维护较困难；隧道内交通量大，风速大，污染严重，这种探测器存在反应时间长，报警点与实际着火点位置有误差。2）线型缆式差（定）温火灾探测器线型缆式差（定）温火灾探测器：一般采用热敏合金线制成，通过探测回路的阻抗变化，差温探测器能够适时检测到探测区域内的升温速率变化；差定温探测器同时还能响应环境温度额定值，具有差温和定温双重报警功能 17第五节 隧道火灾自动探测报警系统 按照灵敏度分为3个等级，分别以10/min、20/min和30/min作为额定升温速率。该类火灾探测器造价较便宜；由于同样需安装
13、在隧道顶部，施工维护较困难；热敏电阻测温，灵敏度高，容易误报、漏报 3）线型空气管差温火灾探测器）线型空气管差温火灾探测器：利用火灾时的高温使铜管内空气膨胀产生推力，压力变送器将该推力转化为开关量电信号报警。灵敏度调节难以稳定、误报、报警滞后。4）线型光纤感温探测器）线型光纤感温探测器：依据光纤的光时域反射原理以及光纤的后向拉曼散射温度效应进行测温。最大优点归功于它的精确测量特性，它特别适合用于公路(铁路)隧道以及类似场合的火灾危险监视装置。5）双波长火焰探测器：）双波长火焰探测器：利用火灾中辐射光的特定波长，以及火焰闪烁频率判定火灾。不受隧道内风速影响，响应速度快；它安装在隧道侧壁，易维护；
14、并且是一种抗高污损的火焰探测器，能屏蔽行驶的车辆的头灯和尾灯。18第六节 隧道火灾灭火设施火灾种类：根据隧道火灾的起因和物质燃烧的特性分析，隧道可能发生的火灾种类：A类类：可燃固体燃烧的火灾或常温下呈半凝固状态的重油燃烧的火灾；B类类：可燃液体燃烧的火灾或汽车本身的油箱燃烧的火灾；C类类：可燃气体燃烧的火灾；D类类：可燃金属，如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金等燃烧的火灾；E类：带电物体燃烧的火灾。灭火方法 冷却灭火法冷却灭火法：这种灭火法的原理是将灭火剂直接喷射到燃烧的物体上，以降低燃烧的温度于燃点之下，使燃烧停止。水和二氧化碳冷却降温灭火。隔离灭火法隔离灭火法：隔离灭火法是将正在燃烧的物质
15、和周围未燃烧的可燃物质隔离或移开，中断可燃物质的供给，使燃烧因缺少可燃物而停止。窒息灭火法窒息灭火法：窒息灭火法是阻止空气流入燃烧区或用不燃烧区或用不燃物质冲淡空气，使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭的灭火方法。灭火设施：灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置和消防车等19第六节 隧道火灾灭火设施一、灭火剂一、灭火剂 根据灭火机理不同根据灭火机理不同，分为两大类：物理灭火剂和化学灭火剂。物理灭火剂不参与燃烧反应，它在灭火过程中起到窒息、冷却和隔离火焰的作用；物理灭火剂包括水、泡沫、二氧化碳、氮气、氦气及其他惰性气体 化学灭火剂在燃烧过程中是通过抑制火焰中的自由基连锁反应而抑制燃烧的。化学灭火剂主
16、要有卤代烷灭火剂、干粉灭火剂等多种。按照它们的物理状态按照它们的物理状态，也可分为气体灭火剂(卤代烷、二氧化碳等)，液体灭火剂(水、泡沫等)和固体灭火剂(干粉、烟雾等)。1.1.水水热容量大；隔离空气；机械冲击作用 2.2.润湿剂润湿剂 3.3.泡沫泡沫 1）化学泡沫；2）空气机械泡沫；3）抗溶性泡沫灭火剂；4)氟蛋白泡沫灭火剂；5)水成膜泡沫灭火剂 20第六节 隧道火灾灭火设施 4.4.卤代烷灭火剂卤代烷灭火剂 卤代烷灭火剂主要用来扑灭易燃物质(如汽油、石油、油漆等)、电气设备等。卤代烷灭火剂的优点是灭火后能全部汽化，这就避免了灭火剂本身参与燃烧的可能性 5.5.干粉灭火剂干粉灭火剂 能扑救
17、流散的易燃(或可燃)液体、气体火灾和电气火灾。按用途可分为两类，即碳酸氢钠(或钾)干粉(又称BCE干粉)、磷酸二氢铵干粉(又称ABCDE干粉)。6.6.二氧化碳灭火剂二氧化碳灭火剂 可见用来扑灭精密仪器及一般电气火灾，以及不能用水扑灭的火灾。但其不能扑灭金属钾、钠、镁、铝等的火灾，也不宜用于扑灭棉花、硝酸纤维等火灾，因为这类物质能在含有大量的二氧化碳气体中继续燃烧。21第六节 隧道火灾灭火设施二、灭火器二、灭火器1.1.灭火器的分类灭火器的分类 隧道内经常使用的灭火器，主要包括以下几种类型：1)泡沫灭火器 适用于扑救A类火灾，如木材地、棉、麻、纸张等火灾，也能扑救一般B类火灾，如石油制品、油脂
18、等火灾，但不能扑救B类火灾中的水溶性可燃、易燃液体的火灾，如醇、酯、醚、酮等物质的火灾。2)干粉灭火器 适用于扑救可燃液体、气体、电气火灾以及不宜于用水扑救的火灾。ABC干粉灭火器可以扑救带电物质火灾和A、B、C、D类物质燃烧的火灾。3)二氧化碳灭火器 适用于扑救600V以下电气设备、精韶仪器、图书、档案的火灾，以及范围不大的油类、气体和一些不能用水扑救的物质的火灾。22第六节 隧道火灾灭火设施 4)1211灭火器 适用于扑救易燃、可燃液体、气体以及带电设备的火灾，也能对周体物质表面火灾进行扑救（如竹、纸、织物等）2 2灭火器的选用灭火器的选用(1)扑救A类火灾应选用水、泡沫、磷酸铵盐干粉、卤
19、代烷型灭火器；(2)扑救B类火灾应选用干粉、泡沫、卤代烷、二氧化碳型灭火器，扑救极性溶剂B类火灾不得选用化学泡沫灭火器；(3)扑救C类火灾应选用干粉、卤代烷、二氧化碳型灭火器；(4)扑救带电火灾应选用卤代烷、二氧化碳、干粉型灭火器；(5)扑救A、B、C类火灾和带电火灾应选用磷酸铵盐干粉、卤代烷型灭火器；(6)扑救D类火灾的灭火器材应由设计单位和当地公安消防监督部门协商解决。23第六节 隧道火灾灭火设施隧道灭火器一般可按下列条件选用：(1)要针对隧道火灾的特殊性，尤其对B类火灾的灭火能力要大，并能适应其他类型火灾；(2)搬运、操作容易；(3)不产生有害气体；(4)灭火剂不能因温、湿度而变质，且存
20、放期长。3.3.灭火器的使用方法灭火器的使用方法(1)手提式灭火器的使用(2)推车灭火器的使用三、消火栓三、消火栓 隧道内消火栓设置时，可参考以下参数：设置间隔为单侧50m成交错l00m；放水压力0.3MPa，放水量130L/min；水带形式为鼓轮式橡胶水带或架式帆布水带，水带长度30m；水枪采用喷雾水枪；水库容量能确保3个消火栓同时放水40分钟以上。24第六节 隧道火灾灭火设施四、隧道内喷水灭火系统四、隧道内喷水灭火系统 按使用要求和环境不同可分为湿式、干式、预作用式三种类型。湿式喷水灭火系统在供水管网中经常充满保持一定压力的水，在保护区内发生火灾后，报警装置即产生相应动作，水喷雾头被打开自
21、动喷水。湿式喷水系统具有灭火迅速和防止火灾蔓延的特点。干式喷水灭火系统是供水管网内平时不充水，而是充压缩空气，压缩空气通过空气阀把水阻止在环境温度低于0的管网之外，可防止系统结冰。主要缺点是水来的迟缓。预作用式喷水灭火系统是干式系统的改进型，它在干式系统上附加一套报警装置。探测器的控制温度应选择低一些，发生火灾时先行动作，发出警报并打开进水阀使水充满管网。当火场温度继续上升，有感温元件的喷淋头也达到动作温度时于开始喷水。克服了干式系统喷水迟缓的缺点，也克服了湿式系统不可避免的渗漏弊病。25第七节 隧道火灾的扑救一、隧道火灾扑救的基本方法一、隧道火灾扑救的基本方法 隧道火灾扑救的基本方法包括直接
22、灭火法、转移处置法、封洞灭火法、泡沫灌注法、注水排险法等二、火灾扑救基本原则二、火灾扑救基本原则 按照“现场自救”，“有序疏散”，“外部救援，强攻救人”的原则进行火灾扑救。并同时做到“三快两到位”的原则。三快就是：现场人员报警快；现场人员自救行动要快；隧道管理部门应急反应要快（迅速封闭隧道口要快，及引导疏散后序车辆要快）两到位就是：发生火灾时，平时的隧道消防安全管理人员要迅速到位，组织大家扑灭初期火灾，抢救被困人员；启动应急设备要迅速到位（应急广播及时地播放，引导人员及车辆有序的疏散，应急警示标志要迅速在隧道口的电子屏上打出，无电子屏的要立即使用警示标志，封闭隧道口要迅速）。26第七节 隧道火
23、灾的扑救1）初起阶段火灾扑救；2）发展和猛烈阶段火灾扑救三、隧道防火救灾对策三、隧道防火救灾对策1）隧道防火救灾的指导思想原则：以防为主，防救结合；基本理念：以人员逃生为主、保护财产为辅，救灾队伍以隧道管理部门为主，外援为辅2）确定隧道火灾安全等级我国公路隧道防火安全等级从高到低分为、五个等级五个等级；确定隧道防火等级的最低长度为0.5km，不同等级划分的特征长度为，不同等级划分的特征长度为1.0km、3.0km、5.0km、10.0km；断面交通量按照高速公路的最低要求为10000辆车/天。27第七节 隧道火灾的扑救3）隧道防火救灾的宣传教育4）隧道的交通管理(1)隧道正常运营管理(2)通行车辆的防火等级(3)公路隧道危险物品运营管理5）公路隧道火灾时的通风控制28本章内容结束谢谢
