地下工程火灾预防与控制.docx

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地下工程火灾预防与控制

地下工程火灾预防与控制

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XXX

地下工程火灾预防与控制

1.前言

地下空间是人类潜在而丰富的自然资源，早在1991年12月，东京城市地下空间利用国际会议上，与会代表就曾预言，21世纪是人类开发利用地下空间的世纪。

研究表明，我国在21世纪即已进入了大规模开发利用地下空间的时代。

随着城市的发展，我国地下空间发展迅速，但在消防安全上存在着许多不安全因素，亟待研究解决。

在世界地下工程中，由于各种原因起火而引发火灾，例如1949年的美国、荷兰隧道火灾，1979年的日本隧道大火，1987年的英国伦敦地铁车站火灾，2003年的韩国大邱市地铁火灾等都是震惊于世的。

对此，地下工程火灾的预防与控制已引起了国际上的高度重视，有的国家已列入重要科研课题。

近二三十年来，日本、瑞士、奥地利等国纷纷进行研究和实地模拟地下工程火灾试验，研究火灾的危害性及其消防对策。

因此，对地下工程防灾救援系统的研究也就具有非常重要的实际意义。

2.火灾的来源及特点

2.1地下掩蔽工程及其特点

地下工程是指建在地面以下即岩石或土层中的各种工程设施，地下掩蔽工程是指具有战争防护具有改造潜力，建造在地面以下的建筑物或构筑物，它包括军事地下工程和民用防空工程、其中军事地下工程或称地下军事工程，主要是指为军事、国防需要而修建的地下指挥所、地下飞机库、地下潜艇基地、地下导弹发射井以及地下弹药库等，它与军港码头、机场跑道、导弹阵地、通信工程、武器兵器试验基地、营房工程以及后方基地仓库共同构成指挥、作战、战备训练、后勤保障等配套的工程体系；而民用防空工程是指具有设防等级（我国分为一级至六级6个等级），主要用于防空的单建式或附建式防空地下室，以及具有改造潜力、战时能迅速转换成具有防护能力的隧道、地铁、商用地下贮库、城市地下公共建筑，市政管道工程以及地下工业工程等。

地下掩蔽工程是国防工程的重要组成部分，是维护国家安全，保存战斗实力的重要依托和屏障，中外许多战例都充分说明了这一点，在现代高技术战争中已成为反空袭作战的强有力“盾牌”。

2.2道路隧道火灾的来源及特点

道路隧道运营过程中，不安全因素主要来自隧道火灾和交通事故，以及由此产生的次生灾害。

例如：

先行车辆发生事故，后续车辆因来不及绕行、避让及急停而与先行车辆发生冲撞，并可能导致后续车辆接连冲撞甚至起火等；隧道是一个狭小的交通通道；进出口都只1个，加上现代道路交通流量越来越大，因而任何车辆进入稳定交通流后，通常失去自主能力；隧道内一旦发生火灾，后续车辆试图驶离现场几乎是不可能的，如果发生爆炸事故，则更加危险。

2.2.1道路隧道火灾来源

车辆火灾是隧道火灾的主要来源。

据国外统计资料，在隧道内大约每行驶1000万车公里，将平均发生0.5～1.5次车辆火灾。

引起火灾的主要原因，一般是电气线路燃烧、汽化器起爆和载重汽车气动系统起火，此外还有危险物爆炸起火，以及由车辆冲撞和倾覆引起的火灾等。

2.2.2道路隧道火灾特点

隧道结构和设施复杂、出入口少、疏散路线长、通风照明条件差，在通风的隧道内一旦发生火灾，其危害性极为严重。

1.浓烟高温

火灾蔓延速度快：

隧道内一旦起火，会迅速传播并加热空气，顺风向时空气温度可达1000oC，炽热的空气在它的经过途中可把热传递到任何易燃或可分解的材料上。

火能从一个燃料的火源“跳跃”相当的隧道长度，传到下一个燃料点，在实验中已观测到这一距离不超过隧道直径50倍。

隧道火灾会出现两种不同的类型：

富氧型和燃料丰富型。

两者中，燃料丰富型的火灾会产生浓度很高的CO及很高的空气温度。

烟气流动速度快：

由于隧道是近乎封闭的空间，在隧道内任何地方发生火灾时，由燃烧产生的包含高毒性的CO气体都要由通风气流传播到整个风道，造成烟雾地带长，而烟热容易集中等。

能见度低：

隧道发生火灾时，一旦电源切断，即使采用事故照明，但由于浓烟遮光，能见度仍然很低，隧道内人员不易辨别方向和路线，影响疏散和灭火速度。

易造成人员伤亡：

隧道火灾产生的浓烟和高温是造成人员伤亡的主要原因。

火灾时，当CO气体含量升高达到0.5%，热烟温度超过43oC，空气中的氧含量低于18%，隧道内人员就会有生命危险。

2.疏散困难

a、隧道狭小，拥挤踏伤

当火灾发生时，由于隧道内径较小，惊慌失措的逃难者，从车辆中逃出后，因无法辨别方向而乱冲乱撞，造成跌倒踏伤的后果。

b、障碍物多，疏散速度慢

由于隧道壁上分布有电缆架、消防箱等设备，地面上有排水沟等设施，加上隧道内昏暗，人员疏散速度必然会放慢。

3.扑救艰难

指挥决策实施慢：

由于隧道线长面广，一旦发生火灾，指挥员靠传统的火场指挥方法难以确定起火点和遇难人员集中点，且火情侦察又非常艰难，加上地下通讯联络不便和不易快速集中供水、供电、排烟、防化等方面的工程人员，使灭火准备时间延长。

灭火难度大：

由于隧道能见度低、障碍物多，能深入火场内部的消防人员有限，这显然与隧道火灾扑救需要在大范围内排烟灭火和长距离救人相矛盾。

另一方面，隧道经长时间的烘烤，辐射出大量的热量，消防人员面临高温考验，射出的水流也会很快气化并形成反扑的热浪，使消防人员极易被熏倒烫伤。

2.3地下铁道的火灾特点

地下铁道在施工和运营期间可能发生的灾害大致可分为自然灾害和人为灾害两类。

从世界地铁100多年的历史教训来看，地铁灾害中发生频率最高、造成损失最大的是火灾。

由于相对封闭的环境特点，地下铁道中发生火灾将比地面建筑物中发生火灾更具有危险性。

地下铁道火灾的主要特点概括如下：

1、人的心理恐慌程度大，行动混乱程度高。

地铁区间隧道出人口少，通道狭窄，疏散距离长，人员多，故造成的人员恐慌和行动混乱程度要比在地面建筑物中严重得多，易发生挤踩事故。

2、浓烟积聚不散。

地铁内部封闭的环境使物质不易充分燃烧，火灾时可燃物的发烟量很大；而地铁的进排风只靠少量的风口，机械通风系统发生故障时很难依靠自然通风补救，烟雾的控制和排除都比较复杂。

浓烟积聚不散，对人员逃生和火灾扑救都将带来很大的障碍。

3、温度上升快，峰值高。

由于地铁内是一个相对封闭的空间，发生火灾以后，大量的热量积聚无法散去，空间温度提高很快，火势猛烈阶段温度可达到1000度以上。

高温有时会造成气流方向的变化，对逃生人员影响很大，而且会对车站结构造成很大的破坏。

4、人员疏散难度大。

人员从地铁内部到地面开阔空间的疏散和避难都要有一个垂直上行的过程，比下行要耗费体力，从而影响疏散速度；同时，自下而上的疏散路线与内部的烟和热气流自然流动的方向一致，因而人员的疏散必须在烟和热气流的扩散速度超过步行速度的之前完成。

由于这一时间差很短，又难以控制，故给人员的疏散带来很大的困难。

5、扑救困难。

由于地下空间限制，又由于浓烟、高温、缺氧、有毒、视线不清、通信中断等原因，救援人员很难了解现场情况；又由于大型的灭火设备无法进入现场，进入人员要特殊防护等特点，因此救人、灭火困难大。

2.4地下液态燃料油库的火灾特点

由于地下液态燃料油库具有隐蔽、安全、节约土地、平战结合的特点，近年来地下液态燃料油库的发展很快。

目前，各种新型地下液态燃料油库的研究和试验已成为地下建筑领域中的发展方向之一。

地下燃料油罐的类型很多，根据储存燃料性质不同，贮罐型式不一，分别有航空煤（汽）油贮罐、柴油贮罐、原油贮罐、液化石油气贮罐、液化天然气贮罐等。

地下液态燃料油库的火灾特点与地上燃料油库的火灾特点不同。

地下空间有限，油气泄漏以后不易散送，容易达到爆炸下限而爆炸。

而且发生火灾后，烟雾很快就弥漫整个空间，温度高，能见度低，加上出入口又少，照明电源没有保证，很不便于火灾的扑救，火灾损失严重。

2.5导致地下工程火灾扑救困难的主要原因

地下工程火灾扑救困难已为世界各国公认。

导致扑救困难的原因除了进攻通道有限，战斗展开受狭小空间限制外，最主要的是受高温和浓烟的阻碍。

由于出入口和孔洞稀少，燃烧产生的大量热和烟无法排出，而大量在地下空间积聚。

浓烟常常使得地下的能见度为零，使灭火人员根本看不见着火点。

而高温又使得灭火人员无法进入或深入地下空间，虽然许多城市的消防人员配备有面具和隔热服，但实际证明，佩戴面具和穿上隔热服后仍很难深入高温浓烟的地下空间，也不止一次地发生过佩戴面具的灭火人员在地下中毒和牺牲的情况。

而不深入地下就找不到着火点，就不能有力地打击和扑灭火势，以往通常采取在入口处射水和灌高倍数泡沫的方法，但往往受到射程的限制和弯道内部分隔物的阻挡，效果很不理想，而且大量射水和灌泡沫还有引起地面沉降而导致建筑结构裂变的危险。

因此，扑救地下工程火灾，灭火人员常常处于一种被动状态。

以往地下工程火灾扑救实践证明，如果不能在火灾初起阶段迅速扑灭，往往只能等到下降阶段，直到燃烧强度减弱，烟雾稀少才能进入地下灭火。

但消防人员到场的时机却大多数是地下火势已处于漫长的发展阶段。

因此，常规的灭火方法已无法深入地下，快速扑灭火势，常常要打持久战、消耗战。

3.火灾防治要求与对策

3.1建筑设计中的防火处理

1、合理布局。

地下工程虽深埋地下，但其安全状况与地面及其毗邻建筑息息相关。

在火灾发生时，极易造成周围建筑物的连锁反应，产生火灾、爆炸，甚至更大的灾害性事故。

为此，地下工程在规划时，应严格限制使用性质，按照规范要求与其他建筑物保持足够的防火间距，并避免贴近有燃烧、爆炸危险的场所建造。

2、规范设计。

地面建筑采用“围”的形式组成特定空间，而地下工程则是通过“挖”的方式组成特定空间，这一差异使地下工程在平面布置上变化的可能性相对较小一些，而且很难按意图扩建或改造原有空间。

也就是说，地下结构系统一旦形成，则不能随意更改。

因此，在设计时应对地下工程的防火措施考虑得周全。

3、设置防火分区，严格按规定面积划分防火分区。

控制防火分区的面积，主要是为了控制火灾范围，防止火灾蔓延扩大到相邻防火分区，以至蔓延到整个工程，防止火烧一大片，减少火灾损失。

由于地下空间火灾疏散困难和扑救困难的特点，设置防火分区这一点就显得更加重要和有效。

但是由于划分防火分区对平时使用用途带来一定的限制，有的用途希望面积大空间开阔，这就需要妥善处理好这一矛盾。

可以采取增设自动灭火设备来扩大防火分区的使用面积，或者用防火卷帘加水幕保护进行分割。

4、严格设置防烟分区，并要有防、排烟措施。

当火灾发生时，要关闭正常的送、回、排的通风系统，启用防排烟系统。

通过防烟分区内的排烟口用排烟风机强制性地将烟气排至室外，限制及改变烟气扩散方向，防止烟气任意蔓延扩大，为人员疏散创造安全条件或争取时间。

防烟分区的面积，排烟口的位置以及排烟风机风量的选择，要按规范规定的要求设计，确保排烟措施的有效。

防排烟措施是地下空间火灾中解决人员疏散难问题的一条十分重要的保障措施。

5、内部装修材料要选用不燃材料。

由于火灾的蔓延速度、爆燃出现的时间及所产生的烟气种类与装修材料的类型有很大的关系，因此地下建筑的装修材料，应尽量采用不燃材料，如果部分家具等采用可燃材料制作时，应尽量用阻燃剂处理。

前些年有不少地下建筑内部装修用可燃材料，如大量使用钙塑板，也有一部分使用自熄性铝塑板，但都用的是木龙骨，导致发生火灾后烟量大，燃烧速度快。

1983年8月19日某市地下会场发生火灾，从发现起火后，仅10分钟，540m2的钙塑板吊顶就全部烧毁，30分钟观众厅吊顶和舞台的装修及照明灯具全部烧毁，洞口的烟往外涌，刺激味大，消防队接到报警后3分钟赶到现场时，已无法进去扑救。

3.2预防措施

1、设置火灾自动报警和自动喷水灭火系统等建筑消防设施。

由于地下建筑火灾从外部进攻时难度很大，在一定程度上和高层建筑一样，要依靠其自身的建筑消防设施控制并扑灭火灾。

因此，大型地下仓库、地铁、隧道和地下公共活动场所等，都应设置火灾自动报警设备，以便及时发现火灾事故，并利用自动报警装置启动相应的灭火设施和排烟设备，控制火势的蔓延和烟气的扩散，为迅速有效地扑灭火灾和疏散被困人员奠定基础。

按同一时间内在同一处发生火灾的情况设置健全的消防系统，尽可能把火灾限制在最小范围内，并能及时扑灭，除设置火灾探测装置外，还应设有与火灾有关的手动报警按钮、紧急广播、警铃及给人员车辆提示的警报装置等。

2、消防中心的火灾报警控制器接收并确认火灾信号后，立即向各消防设施发出灭火指令。

如：

开启紧急广播、警铃发出疏散通知；开启防止后续车辆驶入隧道的警报装置；消火栓内设手动按钮，并在消防中心显示启动泵的按钮位置和能自动开启的消火栓消防泵；开启喷淋泵和泡沫泵，启动电动消防控制阀，开启隧道内的排烟系统等。

消火栓、消防泵、喷淋泵、泡沫泵,排烟风机的启停，在消防控制中心除自动控制外还应能手动直接控制；把火灾报警系统通过联网送至管理系统，将火灾报警系统作为隧道监测系统的子系统，在监测中心进行信息监测。

3、提高相关人员的消防素质。

地下建筑无论是用作什么，都应根据其特点对主管人员和有关的工作人员进行消防知识培训，使其具备一定的消防安全知识，值得火灾的预防、扑救和逃生方法。

尤其是对于一些日常的火灾隐患，能够及时地发现和消除，把火灾的发生遏制在萌芽状态。

同时，要制定切合实际的火灾事故应急疏散预案，并定期进行演练，提高火灾时的人员疏散及控制初期火灾的能力，为减少火灾危害创造条件。

4.结论

对于地下工程中的火灾,应当以预防为主,搞好平时的防火安全管理；应当以早期灭火为主,将火灾扑灭在初起阶段；应当立足于每个防火单元内部灭火为主,防止火灾范围的扩大；应当以解决疏散避难为主,确保人员生命安全。

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