题记：

菲迪克奖是世界工程咨询行业的最高奖，堪称该行业的“诺贝尔”奖。2013年，为庆祝菲迪克(国际咨询工程师联合会)成立百年，首次在全球94个国家和3个地区举办了“菲迪克百年工程项目奖”评选活动。

　　最终，中国有13个项目获得菲迪克百年重大工程项目杰出奖和优秀奖，3名咨询工程师获得菲迪克百年优秀咨询工程师奖，是获奖最多的国家。此次“菲迪克百年工程项目奖”评选活动全球共有36个项目及6位咨询工程师获奖。

获菲迪克大奖的中国项目

1.菲迪克百年重大建筑项目杰出奖(最高奖)：广州塔、广州大剧院、广东科学中心

2.菲迪克百年重大土木工程项目杰出奖：苏通大桥、长江三峡水利枢纽(三峡工程)

3.菲迪克百年重大建设项目优秀奖：中国进出口商品交易会琶洲展馆、天安门广场建筑群

4.菲迪克百年重大土木工程项目优秀奖：京沪高速铁路、红水河龙滩水电站工程、上海长江隧道、武汉天兴洲长江大桥、秦岭隧道群、青藏铁路。

近期，小编将为大家推送菲迪克百年重大工程项目杰出奖和优秀奖中国项目给排水设计论文，敬请期待！

西康高速公路秦岭终南山特长隧道

消防系统设计总体构思

康华刚

（铁道第一勘察设计院, 西安 710043）

西康高速公路是陕西省“米”字形公路网主骨架的重要组成部分，是国家重点规划建设“四纵四横”八条西部开发通道中“包头-西安-重庆-北海”和“银川-西安-武汉”两条通道上的共用段，而秦岭终南山公路特长隧道恰恰是共用段上的特大控制性工程，在路网规划中占重要位置，于2007年1月20日建成通车。

世界上已建成了11.9km和16.9km特长公路隧道，挪威2000年11月通车的 24.51km的来尔多隧道是目前世界上最长的单洞公路山岭隧道。秦岭终南山特长隧道则是我国目前在建最长的双洞公路隧道，单洞长度为18.02km。其中的运营通风、监控、防灾方案是隧道设计中的难题，也是众所关注的焦点。在无既有经验又无现成规范的背景下，如何解决这些难题成为隧道设计中的关键所在。

各国的交通量、交通特性、自然地理条件、经济和技术状况差异较大，其运营通风、监控、防灾方案也不尽相同。因此，绝不能照搬某国原样，但也不能对国际上的成功经验视而不见，必须扎扎实实有针对性的开展如下工作：

(1) 收集国内外有关资料，有条件的尽可能进行实地考察调研，吸收经验和教训，为我所用，为本隧道建设方案提供帮助。

(2) 进行多种设计方案的计算和比选，力争使设计全面合理，成为最优，不遗漏有价值的方案。

(3) 设立科研课题展开专项研究，为设计提供可靠的基础数据、理论依据，指导设计方案实施。

(4) 通过模型试验验证设计方案，一步步优化完善设计。

(5) 阶段性的聘请专家和资深系统商进行设计咨询，为设计提供帮助和建议。

(6) 邀请并成立由国内专家组成的专家委员会，为隧道建设提供建设性意见。

根据西康高速公路秦岭终南山特长隧道长度和交通量状况，交通工程等级必须按《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）A级考虑，并应包含以下系统和设施：监控系统；运营通风系统；运营照明系统；供水与消防系统；供配电系统；安全诱导设施；收费系统；管理机构等。

现就其中的供水与消防系统的设计构思作一简要说明。

1 防灾救援原则

（1）应对秦岭终南山特长隧道火灾应采用“预防为主，防、消结合”的原则。

（2）杜绝、延缓灾情发展或将隧道火灾危害减至最小。长大隧道中具有一定规模的火灾，尽管发生频率很小，但造成的影响及损害程度却是巨大的。因此，世界各国对长大隧道防治火灾的研究都非常重视，公路隧道防治火灾的研究内容包括：火灾的原因、火灾的燃烧过程、救援防治措施等，其目的就是对隧道火灾提供早期预测和预报，及时将火灾消灭在初期阶段。

（3） 报警系统迅速、准确可靠，消防救援及时。影响隧道火灾量级并最终影响生命安全的主要参数是“时间”，即发现火灾的时间；发出报警的时间，确定火源地点的时间；实现应急反应过程的时间，而隧道火灾防治的目的就是希望将以上时间减至最小。

隧道中设置的火灾监测和报警装置（既火灾报警系统），应能及时探测出隧道内的火灾情况，并将测得的火灾信息直接传输给中央控制计算机，经计算机处理、确认后发出报警信号，同时各系统联动，即自动开启火灾风机组织风流、闭路电视开始自动录像，有线广播系统自动播放录制在磁带上的火灾及疏导广播内容，关闭隧道入口信号机，情报板报告“隧道事故”，可变速度牌至空档，按预案打开车道表示器，组织人员、车辆逃离隧道，给出消防预案，根据消防预案实施灭火和救护。

（4）应结合逃生和救援工作的需要综合考虑、合理布设逃生通道。

（5）合理的火灾通风形式是逃生、控制火情、排烟和救援的先决条件。当其中一条隧道发生火灾时，根据火灾点所处位置不同，通风组织形式应有所区别。

（6）中控系统高度智能化和计算机化。对于机电控制系统，火灾为最高级别的告警，一旦有火灾告警，则应中断其它告警和程序运行，同时发出声、光报警信号，等待人工确认，如果在很短的时间内没有得到确认，中控系统将进入自动运行模式。

2 防灾救援措施

系统、科学、有效的防灾措施要从相互联系的软硬两个方面进行。

2.1 软的措施

⑴隧道管理者要建立完善和有效的防灾管理制度和政策，并一丝不苟的执行。如运送危险品的车辆禁止单独进入隧道；设立的消防队伍和交通警察、控制中心人员和紧急救助服务应随时准备救援，加强训练和演习；平时必须细心地维护和检修安全设备，始终保持设施的运营安全水平；值班人员要认真负责；正常情况下隧道内禁止停车等。

⑵提供社会宣传和教育，使司机和公众全面了解在隧道内正确使用安全装置的信息，使人们熟悉这些设备，并能在事故状态下正确使用。

⑶通告使用者隧道潜在的危险，使公众在心理上和应对措施上有所准备。

⑷提高司机的素质，遵守交通法规和隧道的交通管制，安全驾驶车辆。

2.2 硬的措施

建立以中心控制系统为核心的监视、通信系统、通风自动控制系统、火灾报警系统、消防救援系统，相互联系，形成一个完整的体系。

⑴隧道建筑结构的防火。

⑵有效可靠的报警系统。

⑶设定防灾分区。

⑷建立安全有效的通讯和通报系统。

⑸隧道内的消防设施及消防梯队。

⑹紧急情况下的救援、疏散设施。如紧急停车带、行人和行车横通道等。

⑺火灾情况下的排烟和通风系统。

3 消防系统组合

通常消防（灭火）系统选择，是针对预期火灾种类制定的，其灭火设施主要用于隧道内发生火灾时，供司乘人员、隧道管理人员及消防人员扑救初期火灾使用且应具有迅速而有效灭火功能。

目前国内在隧道内推荐使用的消防（灭火）系统组合是以洞内、外消火栓消防系统为主，灭火器、固定式水成膜泡沫灭火系统、机电洞室口水喷淋系统、洞外值班摩托车、消防车辆相辅的综合灭火体系。洞内、外消火栓作为最基本，最直接的灭火设施，其灭火效果众所周知，不再赘述；关于水成膜灭火剂，是20世纪60年代美国3M公司专门为应对油类火灾而研制的一种高效灭火剂，它是以氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、膜泡添加剂和适量的有机溶剂制成的发泡剂，是一种无毒、无味不易腐败的高效灭火剂，存放期可达10年以上。其灭火机理是依靠泡沫和水膜的双重作用下达到灭火之目的。固定式水成膜泡沫灭火装置在欧美公路隧道中已被广泛采用，实践证明效果很好，国内近年来已开始将水成膜泡沫灭火装置用于隧道消防上，国产环保型“AFFF”灭火剂已可取代美国3M公司产品，固定式水成膜泡沫灭火装置也已出现规格分类、逐渐形成系列；关于灭火器，作为小规模火灾初期灭火用具，应满足以下条件：从汽车火灾的特殊性，要求对付油类起火的火灾威力强，同时对木材、电器等火灾灭火也切实有效，考虑在狭小的空间内收藏、搬运、操作容易，不发生有毒性的气体，经过长期保存灭火剂不变质，考虑消防需求量及司乘人员的体能，要求重量适中，可在短距离内奔跑携带，综合考虑可采用扑灭ABC类和电器火灾的干粉灭火器。由于隧道火灾类型的复杂性和不确定性，要求洞外消防车辆的配置必须适用广泛，应首先选择干粉、泡沫联用消防车。西康高速公路秦岭终南山特长隧道消防设计正是基于此种组合。

另外，国外近年来也出现了以泡沫喷淋灭火系统为主，灭火器、洞外消防车辆相辅的组合体系。这种组合由于目前在国内技术尚未成熟（主要是隧道通风对喷淋效果的影响）和较大的工程造价而鲜为使用，但值得一提的是随着国内特长隧道越来越多，这一组合将大有用武之地。

还有一种以全隧道设置自动喷水灭火系统为主，配以洞外消火栓、消防车辆相组合的灭火体系。由于自动喷水灭火系统在隧道中使用效果不够理想，美国NFPA502（98版）消防法规不提倡使用，美国法规认为，喷水不仅无效，而且有助于火灾的传播或加重火灾的危害，将其有利条件转化为不利条件，主要理由：典型的火灾通常发生在车辆下部或车厢内部，顶部喷水没有灭火效果；如在火灾开始和喷头动作之间发生延误，在巨热火焰上喷一层薄水雾，实质上压不住火焰，反而将产生大量过热蒸汽，蒸汽比烟雾更具危害性；隧道是狭长的，其横向和纵向有坡度，且是强制通风，又无防火分隔，因此热量不会局限于着火点；因为热气层流沿着隧道顶部运动，喷头动作可能不会固定在火焰上，大量的动作喷头将远离火场，产生冷却效果，致使烟雾层下降，影响逃生及消防人员视线；喷水会引起烟雾分层，导致紊流，将空气和烟雾混合，威胁隧道人员的安全。日本在已安装自动喷水灭火系统的5座隧道所作的统计表明，该系统灭火效果很不理想，1982年日本建设省土木所在一座隧道内有针对性的进行火灾试验得出自动喷水灭火系统对“汽油火盆不能起到灭火作用，只能降低周围温度”的结论。因为自动喷水灭火系统在隧道内使用，国外均持“不推荐”态度，我国在现阶段暂不考虑。

4 报警和消防系统

4.1 防灾救援的主要设施

为了做到检测和报警的迅速、可靠，消防及时，在设计中应设置的防灾救援设施。见表1。

4.2 通报、报警设备

⑴紧急电话。240m设一处。它是为将隧道内的事态与隧道管理人员等联系和专用电话。可以同时通话，考虑到隧道内的噪声，采用电话亭型式。

⑵按钮式通报装置。50m设一处（人工火警按钮，设于消防设备箱旁）。是事故发生者和发现者手动操作按钮向道路管理人员等报知的装置，考虑到隧道内的环境，应以构造简单、实用性高为标准。

⑶自动火灾检测器。考虑汽车在隧道内的排气和通风气流的影响，采用感温光纤火灾检测设备，要求能自动地、及时地捕捉隧道内发生的火灾，并将发生的火灾及其位置自动向中控室及管理所通报。

⑷自动按钮报警装置。50m设一处，与消防设备箱合设，任一消防设备门被打开时，即向中控室发出自动报警信号，相应区域的电视摄像机自动录像，并将视频讯号自动显示在主控台的监视器上。

⑸紧急通报装置。主要由中控室的交通监控计算机、外场的车道控制检测柜、可变情报板、可变限速标志、信号灯、环形线圈、车道表示器、有线广播、无线广播等组成。在火灾发生时，用隧道内发生事故、发生火灾、禁止进入等文字表示和用黄或红色灯泡闪光、鸣放警报声音同时进行，唤起驾驶员的注意。

4.3 消防系统设备

灭火设备是在隧道内发生火灾时，为驾驶员和乘客等在火灾初期使用的具有迅速而有效灭火功能的消防设施。

⑴灭火器。作为小规模火灾初期灭火用具，可采用扑灭ABC类和电器火灾的5-8Kg干粉灭火器。间距50m，3-5个一组，设置于隧道车行方向右侧的消防设备箱里。要求灭火器应满足以下条件：①从汽车火灾的特殊性，要求对付油类起火的火灾威力强，同时对木材、电器等火灾灭火也切实有效。②考虑在狭小的空间内收藏、搬运、操作容易；③不发生有毒性的气体；④经过长期保存灭火剂不变质。⑤综合考虑消防需求量及司乘人员的体能，要求重量适中，可在50m距离内奔跑携带。依据相关资料分析表明，人对火灾的第一反应将决定事故会以小事件结束还是酿成大灾难。因此，要特别重视初期灭火。

⑵消防设备箱。消防设备箱是以灭火为目的放水设备：要求具有既能喷水，也能喷泡沫，还可做为给水栓为消防队进行正式灭火作业时供水的功能。一般一个人就可以处理，在构造和操作上必须简便易行。

箱内配备Φ65mm、长30m内衬胶麻质水龙带1组，Φ19mm水枪1枝，Φ65mm消火栓2个（可为单管双头双阀消火栓）。每个消火栓须带有减压阀的标准消防接口（可为消防车加水），配备可供大于30分钟灭火的水成膜泡沫液储罐和D20mm、长30m胶管一组，泡沫喷枪1个，胶管置于消火栓箱的900可转向的自救卷盘中。

消防设备箱必须采用强度足够的钢板包铝合金框制作，保护等级不小于IP65，箱体外应有醒目的泡沫栓、消火栓字样等发光标志。

消防设备箱每50m一处设于隧道车行方向右侧壁预留孔洞中，每个消防设备箱配水管采用D80mm内外涂塑钢管（卡箍接），并预埋在隧道衬砌层中。消防设备箱配水管与隧道内消防干管连接，为每个消防设备箱灭火时供水。

(3)消防给水干管。上、下行隧道中各铺一路DN200mm消防干管，通过两线隧道间的行人横通道，每2000～2250m铺设DN150mm钢管与消防干管连接，形成保障有利的供水环网。消防干管与山上消防水池通过两条DN250mm钢管相接，供隧道内消防用水，沿隧道车行方向右侧壁在管沟中架设。

(4)消防车辆。隧道北端隧道管理、服务区消防队配备干粉、泡沫联用消防车2辆，救护车1辆；在隧道群南端检查站消防队也配备干粉、泡沫联用消防车2辆；在隧道中设置待班消防车2辆（其中1辆为干粉、泡沫联用灭火车），一旦火灾信号被确认，即以最快速度，第一时间赶赴火灾着火点进行灭火和救援。

⑸值班摩托车。由熟悉并能独立操作洞内消防设施的隧道值班管理人员驾驶，平时为引导、指挥危险品车辆的机动车辆，发生火灾并造成洞内行驶车辆拥堵时，可通过检修车道以最快速度到达着火点，开启洞内灭火设施并组织人员疏散逃生。

⑹消防水池。在洞口南端设500M3山上水池2座。以洞内最大消防用水秒流量（39.98 l/s），最不利着火点水压要求计算水池最低消防水位，并据此选择确定山上水池位置。

为确保洞内消防供水安全可靠，水池进、出水管均采用双管路。

4.4 引导、避难设备

是在隧道内发生火灾及其它事故时，具有安全地引导使用者向隧道外避难功能的设备，可划分为由提供情报间接引导避难的设备和直接引导避难行动的设备，如诱导照明、 标志显示、隧道横通道等。

⑴引导指示板。指示隧道出口或者紧急出口的方向、距离、位置等情报板，引导隧道内的驾驶员退出隧道外的车道表示器等。在隧道边墙下部嵌设并装有诱导照明及逃逸指示标志，考虑在一定程度烟雾笼罩下，仍可辨认情报内容。

⑵避难通道。是与正洞相连接而设置的紧急疏散逃逸通道。避难通道由行人、行车横通道和另一座隧道组成。横通道作为救援的联络通道，250m间隔设一处行人、行车横通道（兼行人横通道），并在其内部设照明设备、双向开启的防火门等。

⑶紧急停车带。在行车方向右侧设置紧急停车带，间距500m。紧急停车带长度按停靠大型卡车2～3辆考虑，有效长度30m，全长40m。宽度较正常地段加宽3.0m。

4.5 排烟系统

对于双洞单向行驶的公路隧道中发生火灾后，两隧道均按火灾救援所需的风速通风，风向不改变。火灾下游车辆行驶出隧道，上游车辆停止或留在原处或转向另一隧道驶出。为保证火灾烟雾和高温气体不向另一隧道蔓延，应保证在打开横通道的情况下火灾隧道的风流压力低于撤离隧道。

5 隧道火灾时车流疏散

双洞单向交通为两个平行隧道，在隧道之间每500米设置一个横通道，利用横通道，可以及时疏散人流和车流。但要特别注意以下几点：

①火灾发生后，立即关闭两个公路隧道，即只准车辆出，不准车辆进入。

②横通道处的隧道断面上要设车道表示器和可变情报板，同时横通道上方要设明显的标志，在发生火灾时，车流疏散组织如图1所示。

③横通道设防火门，火灾时，立即启动防火门，车流疏散后，关闭防火门。

④一个隧道发生火灾，另一个隧道即变为双向交通，组织车辆迅速驶离隧道。

6 隧道灭火及救援

隧道防灾设计贯彻“以防为主，防消结合”的原则，一旦在隧道中发生火灾，应尽可能地把火灾限制在最小范围内，并迅速加以扑灭，为此在消防系统的设计中的检测、确认、报警、灭火等环节均应满足要求。

一般在隧道发生火灾被确认以后，一方面组织当地的消防力量进行灭火，另一方面应立即向附近最近城市的消防队求援，请求给予足够的救援力量。

6.1 隧道火灾规模的确定

高速公路特长隧道一般不允许易燃品、危险品、油罐车自由通过，这类车辆须经检查、测温后由引导服务车辆引导通过隧道。因此只考虑以下火灾规模：

⑴轿车两辆相撞着火(60 L汽油)；

⑵货车着火(150 L汽油），如载有木材或塑料制品，引起大量烟雾。

⑶两辆大型汽车相撞，具有300升汽油的火灾。

根据以上分析，按相当于40-50兆瓦火灾设计规模，制定相应的灭火措施、设置灭火救援装置。

6.2 消防组织

根据隧道情况，隧道的消防组织可有三个梯队的形式。

第一梯队：由隧道公众组成，包括司机和乘客，他们总是首先面临火灾，但是缺少专门消防知识。

第二梯队：隧道管理所的消防队，他们是在火灾发生一段时间后到达现场的，具有专门的灭火技能，能熟练地使用隧道内设置的灭火设备。

第三梯队：为附近地区专业消防队，他们是灭火的最强力量，但他们往往是这三个梯队中最后一个到达现场的，因此及时通知他们是非常重要的。

6.3 灭火装置的设置

为了保证在第三梯队到达隧道火灾现场之前，第一、二梯队即能开展灭火活动，在设计中，隧道灭火设备的设置不但要有效、而且要易操作，同时数量要足够，特别是水源要可靠充足，并考虑二次火灾的可能性。

6.4 第三梯队消防车到达时间的确定

设计考虑，要求第三梯队接到火灾报警后的十至十五分钟内到达火灾现场。

6.5 其他

为保证建筑物和供电设备、安全设备在火灾情况下的正常使用，设计中应考虑建筑物和设备的防火要求。

7 隧道消防供水系统

7.1 隧道内消防水量的确定

隧道内最大灭火水量为消防队进行正式灭火作业时的供水量，既以口径65mm消火栓2个，给水秒流量10 l/s，供水压力400kPa为标准，考虑两处四个栓同时使用灭火,或为消防车加水（即一处着火可由4支消火栓抢同时扑救），消防秒流量为20 l/s；隧道洞口两端室外1处消火栓，消防秒流量为10 l/s；以及2杆泡沫枪给水秒流量1 L/S；机电设备洞室口阻火雨淋系统给水秒流量7.98 l/s；火灾延续时间按6小时考虑。

合计洞内消防灭火流量为38.98L/S；一次消防灭火用水量为842m3。

同时合理考虑特长隧道洞内发生二次火灾的消防灭火用水量。

7.2 水源及规模

为确保供水安全可靠，特别是洞内外消防用水量充足，考虑在洞口南端建立专供公路长隧道消防的独立水源。其规模以不小于48小时补满山上水池为标准，即水源产水能力不小于22m3/h。

7.3 隧道内消防管网

在管网最高点处（隧道人字坡顶部）和每隔1 km设1组（上、下行两线DN200mm消防干管上）排气阀，在长隧道南洞口和青岔隧道北口整个消防管道系统两端最低点及每隔4km设1组排泥放空阀，在消防管道系统中每隔450m设一检修阀，每隔330m设一管道伸缩节。

消防干管沿隧道车行方向右侧在管沟中架设，蝶阀、排气阀、排泥阀、减压阀等管道附属设施设于隧道中排水沟内。

为防离散电流对钢管的电化学腐蚀和抵抗温热潮湿的恶劣环境，消防干管、连接管及消防设备箱配水管和相应的管配件，均采用≥1.6MPa的内外涂塑高频直缝消防钢管。

为降低施工难度和保证管网系统在常高压下的供水可靠性，所有管道除各种阀门和管件连接处采用法兰接外，均采用≥1.6MPa的内外涂塑钢管卡箍连接。

7.4 扬水机械及控制方式

在洞口南端水源井内设置2台潜水泵(型号200QZ20-108-8，Q=20m3/h,H=108m)，往山上消防水池抽水，要求自控兼手控两种控制方式，正常时1台使用，消防灭火时2台泵同时工作。平时水池高水位停泵，消防警戒水位开泵，可满足向洞口南端检查站、消防值班室、休息区供水同时又保持山上水池消防储备水的流动性，防止夏天生藻冬天结冰；一旦接到火灾讯号，信息传入中控室经确认后，立即开启第二台水泵，两台消防水泵同时向山上水池供水，直至火灾扑救结束，确保水池消防水量充足。

要求控制设于中控室内，施行远程监视、控制。

水源井静、动水位，水泵扬水管压力，潜水泵工况（流量、扬程等）机电运转情况应反映在中控室。

高山水池最低水位、消防警诫水位、最高水位及及时水位显示等必须在中控室有所反映。

8 其他安全措施

（1）为确保冬季消防设施正常工作,特长隧道南端500m消防干管采用6cm厚聚氨脂泡沫保温，北端500m以及北引线（含两座短隧道）所有消防干管采用6cm厚聚氨脂泡沫保温。过桥、涵吊设管道采用8cm厚聚氨脂泡沫保温。特长隧道南端水源至山上水池、水池至南洞口间铺设管道如不能满足冻结深度要求的，采用6cm聚氨脂泡沫保温。山上水池除采用覆土保温外，尚需在池壁、池顶盖板粘贴30mm厚聚苯乙烯保温版。

（2）为确保消防管道、管件和附属设施始终处于正常工作压力，在消防干管上安装减压阀，主管道上减压阀减压范围0.3MPa至0.5MPa，各减压阀之间超出0.4MPa消火栓出口压力的由消火栓自带减压阀进行调节（调节范围在0.4MPa内）。

（3）为保障特长隧道内火灾时通风机电设备免受烟气、火舌的侵害，在上、下行两线每处机电设备洞室口设置了阻火雨淋系统。雨淋干管由隧道内DN200mm消防主干管引出，通过电磁阀和管式过滤器后向洞室口雨淋喷头供水。一旦火灾信号被确认，中控室等指挥机构按地址码发出开启离着火点最近1组雨淋系统电磁阀，洞室口雨淋喷头即可同时喷水进行保护。

9 火灾预案

特长隧道一旦发生火灾，即刻启动火灾预案，严格按图2程序执行。

本文参考了《西安至安康公路秦岭终南山隧道预可行性研究报告》、《西安至安康公路秦岭终南山隧道工程可行性研究报告》、《西安至安康公路初步设计秦岭终南山隧道总说明书》、《西安至安康公路修改初步设计秦岭终南山隧道总说明书》、西南交通大学关于秦岭终南山特长隧道防灾部分的专题报告等。