隧道防火（共6篇）
隧道防火 篇1
在公路或铁路隧道的设计中, 防火与排烟的处理一直是一项重要课题。自从1996年英法海峡隧道、1999年法国意大利之间的MontBlanc隧道和奥地利Tauern隧道、2001年瑞士StGotthard圣哥达公路隧道以及2005年法国意大利之间的Frejus隧道相继发生火灾后, 人们对这个问题越来越重视。这些火灾可以迅速蔓延形成巨大火势, 导致各种险情和人员伤亡。近期, 已有几项意义重大的欧洲防火研究项目和几次重要的隧道防火试验正在开展, 其中包括在挪威Repparfjord和Runehamr海底隧道、美国Memorial隧道以及荷兰荷比卢Benelux第二隧道所进行的试验。
1 火灾与“设计火灾”
隧道防火与排烟控制体系被限定为用一场假定的“设计火灾”来衡量——用最大火势及其他特征, 如火势的蔓延速度和烟气产生量简化表示一场火灾。该“设计火灾”通常只是用来表示一场普通火灾可能的严重程度。
早在20年前就有人提出, 重型货车燃烧时火势能量可达约20MW, 这一数值也经常被用于设计火灾。在挪威Repparfjord隧道中所做的一项重型货车火灾试验中, 火势能量则达到了120MW, 后来挪威Runehamr隧道又做了4次试验, 火势能量在71MW~203MW之间。另外, 1996年至2001年的几次隧道火灾证明, 火势总能量可达到几百兆瓦;法国意大利之间的MontBlanc隧道火灾显示, 大火能够蔓延至离火灾点200m远的车辆。人们通常认为, 铁路车辆发生火灾时火势能量相对低。然而, 在挪威Repparfjord隧道中所做的4次铁路车辆火灾试验表明, 只要有足够强的燃烧源, 火势能量达到40MW是有可能的。
写入规范的通风用设计火势推荐值虽有上升趋势, 但差别颇大。英国1999年版《公路隧道设计标准》 (DB78/99) 建议, 依据交通情况, 通风用设计火势应在20 MW~50MW之间。法国2000年《通风用设计火势指南》中建议, 对未装载危险货物的重型货车采用30MW设计值。最近以英国高速公路局的名义发布的文件中建议, 对装载高度易燃货物的重型货车, 火势能量应采用100MW。联合国欧洲经济委员会在2001年建议采用30MW, 欧盟2004年制定的隧道最低安全要求中, 建议设计火势的数值应根据风险分析来确定。2006年版德国标准中对通行大运量重型货车的隧道的火势设计值, 建议为100MW。最近, 美国国家防火协会 (NFPA) 在2008年最新版《公路隧道防火安全设计标准502号》中指出, 设计火势应在7 0 M W~2 0 0 M W。
2 通风排烟
火灾的规模取决于燃料和空气的供应。空气供应越好, 助燃的氧气就越多, 火就越烧越旺。原则上, 切断空气供应可以控制或扑灭大火, 实际上却很难做到。尽管通风排烟对切断空气供应有可能带来不利影响, 但人们仍倾向用通风控制烟气的弥漫。传统观点一直认为, 通风对控制隧道火灾的规模有一定的效果, 在某些情况下, 能够起到冷却或防止火势蔓延的作用。
在英国, 几乎所有长度超过400m及一些稍短一点的公路隧道都安装了通风设备。在大多数情况下, 通风设备是采用纵向式的, 也有一些是横向式和混合式的, 如伦敦和利物浦以前建的穿河隧道。另一方面, 尽管长隧道系统如英法海峡隧道和伦敦海峡隧道铁路联络线最近有了纵向式通风设备, 但英国多数既有铁路隧道尚未安装通风设备。有趣的是, 新建的长度为3.2km的North Downs隧道没有安装人工通风设备, 是完全依靠自然通风和隧道本身巨大断面所形成的空气层流来实现通风。最近规划的城际铁路和伦敦地下地铁隧道均准备安装纵向通风设备。公路隧道规范通常建议或接受在单向交通道路的隧道中采用纵向式通风系统, 以防止烟气倒灌, 从而保护被阻挡于事故地点处后方的人员。有关指南, 包括世界道路协会 (PIARC) 的建议, 劝告人们不要选用纵向式通风系统, 因为一旦发生火灾人们有可能同时被困在火场的两边。而纵向空气流速较低的横向式通风系统, 有利于分层疏散烟气, 在此情形下, 采用横向式通风系统是较好的解决方案。
3 喷水灭火
向火场上游的空气喷水或直接对火喷水可以限制火势, 然而对此做法所产生的潜在负面后果仍存有疑虑, 例如, 由于破坏烟气分层丧失能见度、可燃液体大面积扩散、掺着汽油的水和高温蒸汽可能引起爆炸, 以及在水喷淋过程中引发的次生事故的风险。荷比卢Benelux第二隧道的试验结果证明, 喷水会破坏烟气分层, 从而不利于人员疏散。尽管如此, 这些试验还是证明了喷水有很多有利的作用, 包括降低温度、改善火势下游状况的可控性, 减小火势向其他车辆的扩散。欧洲隧道防火计划 (U P-TUN) 研究项目的后继试验证实了喷水系统的有效性, 并显示在很多情况下能够将最大火势削弱一半, 尽管效果容易受到火灾性质、喷嘴类型和出水率等因素的影响。
当前, 英国隧道都没有装备固定喷水消防系统。然而在欧洲还是有一些隧道装备了这种系统, 包括奥地利两条隧道以及巴黎A86和马德里M30隧道。澳大利亚和日本对此已经有丰富的经验, 美国波士顿和华盛顿的公路隧道也都安装了这种系统。英国不但对新建的2km Hindhead双孔公路隧道内采用这种系统进行了评估, 在公路局的倡议下, 还对已完成规划的穿越泰恩河的第二车辆隧道进行了评估。在前一种情形下, 虽然决定要为今后可能安装的固定喷水消防系统的改造预留位置, 但其经济和安全效益尚不足以证明安装这套系统的成本合理性。在后一种情形下, 成本收益分析得出的建议是, 应该在设计中包括此系统。
对于采用通风系统和固定喷水消防系统作为隧道火灾的减灾措施的优劣, 仍存在激烈的争论。通风系统可以为火灾点的一侧提供一个无烟的环境 (采用纵向式通风) , 或可以驱散隧道中的烟气 (采用横向式通风) , 但有时要以增大火势为代价。另一方面, 自动喷水灭火系统可以限制火势的增长, 冷却烟气, 保护处于火灾点后方被阻的人员, 并防止火势的蔓延, 其缺点是由于分层的破坏使得能见度更低。在选择这两种系统时, 既要考虑性能的差异, 也要考虑成本以及隧道本身的情况。实际上, 最佳方案可将两种系统整合起来, 尽管人们现在正认真地考虑采用固定喷水灭火方案, 但在上述的研究项目中, 建议通风系统通常是最优方案。
摘要：本文基于笔者多年从事隧道防火设计的相关工作经验, 在阅读大量国内外相关文献的基础上, 以隧道防火安全设计为研究对象, 从设计火灾、通风排烟和喷水灭火三个方面对隧道防火安全设计进行了深入研究, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：隧道,防火,安全,火灾
参考文献
[1]罗昭辉.隧道防火灭火现状及其发展趋势[J].公路隧道, 2008 (1) .
[2]毛朝君, 王新钢, 兰彬, 等.隧道防火板材的研究及行业标准的编制[J].新型建筑材料, 2009 (2) .
隧道防火 篇2
一、隧道隔热保温防火层变更及施工队伍确定
隧道的保温隔热工程原设计选材为无机纤维喷涂材料，设置范围为纵向全隧道，横向隧道拱墙部位。根据设计院的下发的变更文件，此工程变更为泡沫玻璃隔热保温防火层。由于工程设计选材属特殊新型的隔热保温防火材料，施工工艺要求高，工序多，需专业的施工队伍进行施工。在施工单价的确定和施工队伍的选择上，执行办、监理和施工单位组成了专项考察组对五家泡沫玻璃的生产厂家和施工队伍进行了实地考察。通过比选，以下三家企业的生产能力和施工力量较强：
1、兰州鹏飞保温隔热有限公司
兰州鹏飞保温隔热有限公司地处西北工业重镇兰州市西固区，占地121亩，注册资金1800万元，为西北唯一的一家集设计、施工、生产、科研于一身的大型泡沫玻璃生产企业，目前拥有全国最先进的泡沫玻璃生产线和自主知识产权的泡沫玻璃生产工艺。公司先后被兰州市乡镇企业局评为“兰州市乡镇企业名牌产品”，被甘肃省工商行政管理局评为“守合同重信用”企业，以及被甘肃省乡镇企业局评为“甘肃省乡镇企业科技进步示范企业。2007年，鹏飞牌泡沫玻璃获得“甘肃省名牌产品”称号，公司主导产品泡沫玻璃经国家建材局信息中心审定为“国家推荐建材产品”，并经甘肃省建筑材料质量监督站、通标SGS、石油和化学工业，节能产品质量监督检验中心（原化工部）抽检全部合格。企业已通过ISO9001质量体系认证并获得国家知识产权局颁发的“无瓷化 泡沫玻璃烧结填充料及其工艺方法”等多项专
G045线赛里木湖至果子沟口高速公路改建工程隧道隔热保温防火层汇报材料
随后考察组对兰州鹏飞保温隔热有限公司、浙江振申绝热科技有限公司及浙江德和绝热科技有限公司三家企业的资质、产品质量性能及报价进行了多方考评。并组织了评审会，会上以上企业分别对各自所报的单价确认系最低价，并对施工的工艺做详细汇报。
经过综合评审，最终选定了兰州鹏飞保温隔热有限公司进行泡沫玻璃隔热保温防火层工程的施工，单价为196元/㎡。
在工程变更费用申报方面，施工单位认为此工程由业主参与选定了施工方及确定了承包单价，且在施工过程中，均由施工单位进行施工现场管理和费用的结算与支付。签订的合同价应作为变更费单价的编制依据及基础来进行项目的单价分析，建议以该单价为基础，按综合费率取费，作为我们的变更计量单价。
二、隧道隔热保温防火层施工工艺
1、泡沫玻璃系统构造
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基本要求应具有足够强度及附着力。用2m靠尺检查，最大偏差不大于5mm，墙体表面使用钢刷或斧锤将残留物、粉尘清除干净墙体应平整密实，并采用丙稀酸树脂防水乳液打底。清洗干净的基层墙体表面可用1：3水泥砂浆修补找平，其平整度、垂直度应符合国家有关规范要求。
（2）粘贴泡沫玻璃板
a.泡沫玻璃标准板面尺寸为厚度50mm，对角线及板厚误
差
±
2m。
b.粘结砂浆（每袋25 公斤）使用需用干净清水拌合粘结砂浆。用量：与基底的平整程度、隔热保温板的粘贴方式有关，大约5公斤/㎡。具体用量按施工现场实际情况确定。
拌制好的粘结砂浆应在30-60 分钟内（与现场的环境温度有关）用完。粘贴泡沫玻璃板采用8mm齿状镘刀将粘结砂浆平均摊开于施作墙面上，粘接层厚度以能调平泡沫玻璃粘贴层为宜，不宜大于5mm，粘接层越厚，粘接缺馅越多，风流所产生的负压影响也越大。泡沫玻
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（3）抹罩面砂浆底层及贴网格布：
将轻质抹面砂浆均匀的涂抹在泡沫玻璃上，厚度不宜超过3mm。网格布的铺设应自上而下，沿垂直及水平面方向拉直绷平，并将弯曲的一面朝里，用抹刀抹平由中间向上、下两边将网格布抹平，使其紧贴底层轻质抹面砂浆网格布左、右搭接宽度不小于100 mm，上、下搭接宽度不小于80 mm 网格布不应皱褶、空鼓、翘边。
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公路交通隧道防火防灾设计探讨 篇3
关键词：防灾设计,消防技术,通风技术
一、概述
(一) 公路交通隧道在我国大量运用
随着我国国民经济和社会的快速发展, 修建城市和跨地区的交通基础设施建设正处关键时期, 大规模地建设城市轨道交通、铁路、公路和管道运输体系是今后我国交通运输工程发展的重要环节。我国已修建很多长大 (长度在1000米以上) 隧道, 如22公里长的兰武二线乌鞘岭隧道, 18公里长的秦岭终南山特长公路隧道及大量的地铁及市政公路隧道, 同时还有大量长大交通隧道正在或即将修建。
(二) 公路交通隧道火灾危害巨大
隧道发生火灾, 往往引起大量的人员伤亡和财产损失, 特别建设在市区的市政公路隧道车流量大、人员密集、各种电缆电气设备负荷大, 火灾的危险性大增, 火灾损失也巨大, 如1979年的日本大坂隧道大火, 造成174辆车焚毁, 7人死亡, 2人受伤, 修复隧道的费用加上停运两个月的收入损失达67亿日元。因此对于隧道工程的运营安全, 世界各国都非常重视, 特别是长大隧道火灾防治专门列为当今重要的研究课题。
(三) 隧道火灾防控日益受到重视
“八五”期间, 由铁道部组织铁道部科学研究院西南分院、广州铁路局、兰州铁道学院、长沙铁道学院等单位对隧道的火灾报警与消防方法进行了研究。公路隧道方面, 针对18公里长的秦岭终南山特长公路隧道, 西南交通大学对长大隧道的火灾性状、火灾情况下的通风排烟等开展了一系列的大比例火灾模型试验;中国人民武装警察部队学院对隧道火灾封堵后的缺氧燃烧行为、特征、燃烧熄灭及安全启封条件进行研究。目前, 公安部消防局正组织技术专家制定隧道方面的消防设计技术规范, 可望2011年后颁布试行, 将为公路交通隧道消防设计提供较为科学的依据。
二、隧道火灾的主要原因、特点与危害
(一) 隧道火灾的主要原因
通常情况下隧道的灾害主要包括火灾、水淹、爆炸和地震。根据国内外隧道风险评估, 证明最大的风险是在隧道内出现交通阻塞的同时发生严重的火灾。产生火灾的原因大致有三种: (1) 由车辆本身起火或两车相撞所引起; (2) 由运输危险品的车辆爆炸、泄漏所引发; (3) 由于隧道内的电气设备故障而发生。
(二) 隧道火灾的主要特点和危害
火灾是隧道的主要灾害, 其危险性表现在: (1) 经济损失大, 人员伤亡多; (2) 火灾蔓延快。地下交通隧道的管道、风道以及斜洞本身的结构特性都十分有利于火灾的蔓延, 如果在发生火灾时未能及时控制通风设备, 则更会加快火灾蔓延; (3) 浓烟积聚不散, 人员疏散困难。地下隧道无窗户, 出入口少。火灾发生后浓烟无法排出, 迅速充满全洞, 造成缺氧和能见度降低, 人员逃生困难; (4) 温度上升快。地下工程密闭条件好, 热量不易散出。火势猛烈阶段, 温度可达1000℃以上, 加上疏散距离长, 烟的扩散速度比人员逃生速度快等, 对人员逃生十分有害; (5) 扑救困难。隧道出入口少, 通道狭窄, 以及浓烟、高温、缺氧、有毒、视线不清、通信中断等原因, 大型灭火设备无法进入, 救人、灭火难度较大。
三、隧道防火灾技术
(一) 灾害时隧道内人员的安全疏散及诱导技术
安全疏散始终在防火设计中占有很重要的位置。特别在较长的隧道中, 如何来确定人员疏散方式及疏散距离更为重要。欧洲国家以一个带有2个小孩的妇女在火灾时的疏散时间、距离作为指标, 一般火灾情况下以300米左右为标准设置逃生口或避难所。安全避难所可以在消防队员赶到现场之前给乘客提供保护直至消防队员救出他们, 还能为消防队员提供一个短时逃离烟雾和热气的场所。较长的隧道通常采用双向分离的两孔隧道, 两条隧道间设消防联络通道, 对隧道运营阶段维护与防灾具有重要的作用。
在隧道内必须合理设置帮助人员逃生的信号和标记, 当发生紧急事件时, 隧道使用者要能够很容易地找到安装在隧道的紧急逃生设备和紧急出口。信号或标志应安装在较低的位置, 确保不会被烟雾遮盖, 大多数国家现在粘贴在隧道上的标志, 表明两个方向离紧急出口的距离。标志采用荧光材料制造, 即使在照明系统发生故障时, 仍然可以看到。紧急出入口两侧设置紧急照明系统, 让逃生的人很容易鉴别。
国内一些大型公路隧道工程在优化运用建筑空间方面积极创新安全疏散设计。以上海长江隧道为例, 火灾时人员疏散采用连接通道+楼梯疏散智能疏散设计, 隧道内共有8个逃生连接通道, 54个逃生楼梯。左右两隧孔之间每间隔800米有一个逃向另一边的连接通道, 每隔270米有一个垂直通道;隧道公路面可沿楼梯下至下层空间, 下层空间中间部分作为轨道交通的预留孔, 满足公轨兼用隧道的防灾要求, 还可满足逃生需要。连接通道疏散原理是:火灾时, 可根据中控室统一指挥疏散, 智能型双向箭头逃生指示标志, 通过控制在烟雾和低照度的环境下, 绿色指示标志能及时逃生最佳方向。逃生通道门框上, 采用“n”形一组发出绿光的LED灯, 能让逃生人员快速辨认出逃生通道, 通过连接通道可迅速撤离到另一条隧道内。横向连接通道的有效断面尺寸1.8m (宽) ×2.1m (高) , 因它是事故时人员疏散的主要路径之一, 设计宽度参照国际工程实例, 考虑同时可供2个成人和1个小孩并排行走, 也可同时通过两个身负救援设备的消防人员通过。
楼梯疏散设计原理是:逃生人员自行开启疏散门 (逃生疏散门长2.7米, 宽1.05米, 设置在道路一侧, 450公斤的铸铁疏散门, 井盖下方安装了助力气泵, 提供开启力, 像开启面包车后盖一样方便) , 只要旋转拉手, 往上一提, 便可打开。逃生人员开启疏散门后, 再下行17级台阶, 就能从宽1.3米, 高2.3米车道板下通道内进行撤离, 同时在疏散通道旁设安装与逃生楼梯对应的54个应急电话, 撤离人员可通过应急电话寻求帮助。
(二) 隧道的固定消防技术
目前, 国内外隧道固定消防技术主要采用了灭火器、消火栓和水喷淋及水喷雾系统。在整条隧道内, 每隔一定的距离提供一个应急点 (100-200m) 。每个应急点有一个电话, 两个灭火器和一个消防栓以供应急使用。应急设施其作用是为了扑灭初期火灾, 一般是供非专业人员使用, 或提供火灾报警和请求援助, 应提供消防设施的使用详细说明。消火栓系统是在火灾扩大而灭火器不起作用时灭火使用, 一般为专业人员使用, 消防栓标准间距为50米。近年来国内外采用的自动灭火系统中开始考虑采用水喷淋和喷雾灭火装置。1967年在日本铃鹿隧道发生火灾, 烧毁13辆卡车之后, 日本有关方面在两条简易隧道中进行了汽车火灾试验, 验证了隧道内水喷雾的冷却效果, 据此开发了隧道内水喷雾设备并在隧道设计中得以应用。水喷雾灭火系统具有灭火减烟功能, 同时用水量少、管道细小、消防供水排水简单等优点。此外, 近年来在地上建筑中开始应用的细水雾灭火系统具有水量微小、几乎不占用空间、没有水渍的突出优点也可以考虑在隧道中使用———上海长江隧道就采用了这项新技术。
(三) 隧道的通风及排烟技术
通过对大量隧道中火灾造成人员死亡原因的研究表明, 导致人员死亡的原因主要是逃生过程中吸入了大量烟气微粒。目前隧道排烟基本上和通风方式相结合, 在正常情况为通风功能, 满足环保的要求, 而在火灾情况下为排烟、控烟功能, 其主要目的为司乘人员创造一个安全的疏散路线和为消防人员提供一个通往火场的洁净路线。根据排烟的方式包括:横向排烟方式、纵向排烟方式以及组合方式。横向通风排烟方式、排烟效果最好, 但占用空间大, 造价高。纵向通风方式通过在隧道内产生纵向风流达到通风目的, 在排烟时改变射流风机转向。此种方式只是控制烟气流方向, 没有专门的排烟通道, 造价低。但可能在长距离隧道中需要较多空间安装风机, 在设计中也必须详细研究不同火灾荷载情况下的火灾蔓延、烟气流动规律, 确定火灾时控制烟气流所需的纵向风速, 并考虑火灾规模及隧道坡度的综合指标, 从而来确定风机的功率及台数, 这在理论上存在一定的技术难度。
(四) 火灾监测及灾害时的车流疏导
早期发现起火点, 并且及时地采取措施, 使其不扩大成灾是隧道消防设计中的一个重要环节。美国规范要求自动火灾探测系统必须能够在15米范围内确定火灾的位置, 且必须至少提供两种探测系统, 确定及定位隧道内的火源。
根据国内外目前状况, 一般在隧道的电缆层设置缆式火灾报警系统, 在隧道车行段设置温感或烟感报警系统, 通常应配备火灾探测、事故探测系统、人工火警按钮、紧急呼叫电话、可视火警等。由于车行段火灾温度一般较难直接触发报警系统, 所以在设计中报警系统探测器的选用上应充分考虑到报警点和实际着火点位置的误差及以后的维护。同时也需要在隧道内设置闭路电视监控系统作为被动监测系统, 由控制中心值班员监视整条隧道, 可以在发生火灾 (或其他灾情) 时与自动监测系统配合及时了解准确的地点、现场的灾害和乘客疏散情况。与此同时, 系统还必须考虑灾害时消防救灾车辆的进入, 以及隧道内部上下游车辆、人员的疏散撤离等多种因素。为了使各种设备协调工作, 确保隧道正常运营、人身安全及提高车辆通过能力, 还必须对隧道两侧入口、风井、区间等区域实行统一监控、集中管理, 以达到防灾、消灾和疏导交通的功能。
(五) 交通管理系统
城市内的交通隧道, 一般交通流量大, 在各种缓解交通的措施中, 避免交通堵塞是在发生火灾时减小风险的主要措施。而避免交通堵塞的最佳方案是采用交通管理系统。采用交通管理系统的优点, 不仅是紧急情况时所采用的应急措施, 而且可用一般情况下的隧道风险补救措施, 其有效性随时得到测试和检验。采用交通管理系统可以从根本上避免重大灾难事故的发生。
隧道防火 篇4
The Online Examine of Power Cable and the Fireproofing of Tunnel Cabl
e
张振存 韩伯锋
（西安四方机电有限责任公司 西安710021）
摘 要： 本文针对近年来频繁发生的隧道电缆火灾事故，叙述了沟道、隧道电力电缆在线检测的必要性和检测方法,以供参考。
Abstract: As the fire hazard of the tunnel cable happened frequency recent year,The writer tell the necessary of the channel、tunnel、power cable online examine and account the check means for you reference.关键词： 电缆 故障 温度 火灾 灭火
Key works : cable fault temperature fire hazard outfire
0 引 言
无论是城市建设还是工矿企业的规划，都越来越注重地上空间的利用和环境的安全，电力供应作为工矿企业和城市规划建设的重要部分，其供电线路越来越多地使用电力电缆，由于在一个局部范围内，电力电缆的数目较多，有些工矿企业采用桥架式结构敷设电缆，但大多数工矿企业则采用沟道或隧道结构敷设电缆，而城建中则全部采用沟道或隧道结构敷设电缆；由于电力电缆的特殊结构和相对集中（甚至重叠），当一条电缆发生故障后，往往会使周围其它电缆严重地产生重大火灾事故；由于桥架电缆几乎暴露在地面以上的空间，当电缆发生故障后而引起严重火灾时，人们则较容易发现并及时采取处理措施。相对来说，沟道或隧道电缆则由于在地面以下，当电缆发生故障后而引起严重火灾时，由于很难发现而延误事故处理，可能会造成较大的经济损失，为了及时解决沟道或隧道电缆存在的这一隐患，在此我们较详细地介绍一下有关沟隧道电缆的安全防护技术问题。电力电缆引起火灾原因分析
1.1 火灾原因分析
引起沟隧道电缆火灾原因无外乎两点：
其一、外因：可燃气体（如煤气、天然气、沼气等）串入电缆的沟隧道中，由于沟隧道比较密闭，当遇到明火（人为或电缆放电等）便立即引起整段电缆爆炸失火。
其二、内因：由电缆自己本身引起火灾故障。在我国，中高压供电系统采用中性点不接地系统，当电缆发生单相接地故障时，系统对地电容较大，单相接地电流会引起较大电弧，较大的电弧有时持续数小时之久而不熄灭，失火电缆将殃及相隧的周边电缆，导致严重火灾事故。因此，电缆出现故障是产生火灾事故的内在根本原因。
电力电缆产生故障的原因很多，归纳有以下几点： a、电缆产品的质量问题；
b、电缆运行时间较长，产生老化；
c、电缆长期过负荷运行或处于恶劣的环境中； d、电缆施工质量或接头制作工艺水平较低； e、人为对电缆的破坏；
作为电缆本身，无论是什么原因引起火灾事故，在火灾事故以前的时间过程或物理过程大致相同。
电缆某处绝缘受损→间歇或连续放电→电缆绝缘明显下降局部发热→电缆某处爆炸或发生电弧，并产生不良气体→整个电缆沟隧道失火。
因此，如果人们能及时处理并采取措施，将完全可以防止火灾事故的发生。1.2 电缆火灾特点
a、蔓延快、火势猛 电缆本身是一种易燃物。随着城市的发展和城农网改造的进行，变电所内的电缆数量越来越多，又采用隧道和架空密集敷设，有的还处于与高温热管道重迭或交错布置的环境中，电缆夹层更是布满蜘蛛网似的电缆，再加上电缆竖井的高差形成自然抽风，以及发生故障或火情的电缆又不能马上断电。因此，这些场所一旦着火，火势就特别凶猛，沿着电缆群很快延燃扩大，加之地方狭小，现有的消防器具往往难以充分投入，使得火势不能遏止在小范围内并短时扑灭。沟隧道电缆的火灾凶猛可想而知。
b、抢修困难 电缆着火时产生大量的烟雾和有毒气体，CO、CO2含量很高，特别是普通塑料电缆不但易着火，而且产生氯化氢气体通过缝隙、孔洞会弥漫到电气装置室内，形成稀盐酸附着在电气装置上，并形成一层导电膜，严重降低了设备和接线回路的绝缘，因此即使火被扑灭后，仍影响安全运行。即使采用绝缘清洗剂清洗效果也不佳。这种灾害称为二次危害。
c、损失严重 电缆火灾事故，造成严重损失，直接和间接经济损失，少则几十万，多则几十亿元人民币，而且修复也比较困难。预防沟隧道电缆失火的理论分析
由以上分析可知：若同时对电缆沟隧道中的有害可燃气体和对电缆本身进行实时监控便可达到预防沟隧道电缆失火的目的。对有害可燃气体进行预测则比较容易，本节主要探讨对电缆本身的实时监控问题。2.1 电力电缆绝缘在线检测技术
采用这一技术可以早期发现电力电缆特别是交联聚乙烯电缆存在的绝缘缺陷及老化情况,通常有以下几种方法：
a、直流分量法 通过检测电缆芯线与屏蔽层电流中极微弱的直流成分，对XLPE电缆中某一点或某一局部存在的树枝化（水树枝、电树枝）绝缘缺陷进行劣化诊断。b、直流叠加法 通过电缆的电压互感器的中性点处施加一几十伏左右的直流电源，该直流电压与运行中电缆的交流电压叠加，检测通过电缆绝缘层的极微弱的直流电流，即可测得整条电缆的绝缘电阻，从而可对电缆的好坏进行判断。c、tanδ法 通过电压互感器和电流互感器 来在线检测电缆的tanδ值，以便分析发现整条电缆中是否存在水树枝的绝缘缺陷进行劣化诊断。
如果采用上述方法可有效地发现电缆绝缘缺陷情况，并及时处理，相信绝对不会有火灾事故的发生，但事实上因各种原因很难做到这一点。2.2 电力电缆故障在线测试
当电缆的绝缘缺陷较明显时，在某一点（或一局部）将存在电缆芯线对屏蔽层的间隙或连续放电。依据行波理论，电缆的放电将会在放电处和电缆端头产生反射波，通过检测这一反射波便可确定电缆的放电现象或缺陷点的位置，应用这一技术也可较早预防电缆失火，这一技术则相对比较成熟。2.3 电缆温度实时监测
当电缆绝缘受损程度严重时，在电缆的某一点或局部便会严重发热，通过测量整条电缆或电缆中某些可疑点的温度及其变化率，如此可防止电缆的爆炸或失火，或及时报告失火点位置。
通常有以下几种方法来检测电缆的温度及其变化率：
感温电缆 用感温电缆缠绕在电缆上，当电缆某处的温度达到感温电缆出厂时的特定值时，感温电缆呈现短路状态，并始终保持这状态，通过检则感温电缆的短路状态，方可知电缆的故障点大概位置。采用这一方法的主要缺点有： a、需要对隧道中的每一条电缆进行缠绕式分布，隧道中有多少电缆就需要多少条感温电缆，电缆有多长，感温电缆就要缠绕多长，费时、费工，实用性太差； b、没有任何抗电磁干扰措施，抗干扰性太差；
c、由于感温电缆在出厂时温度检测点为一定值（如65℃、85℃、105℃），即当温度到达定值时，电缆成短路状态。因此，不能实时反映电缆的温度变化情况，达不到实时监控的目的。同时当感温电缆短路后不能再恢复，为一次性使用，维护工作量较大。d、只能监控电缆温度，对电缆的泄漏电流、故障及隧道的进水是无能为力的。
缆式感温光纤 国外现在有应用光纤感温缆式传感技术，与缆式感温电缆相类似，但只解决了抗干扰问题，除具有缆式温度传感器的其它缺点以外，价格高于缆式温度传感器的十几倍。所以，推广应用起来很困难，销售市场面较窄，在中国市场开拓比较困难。
点式温度传感器 由于电缆发生故障多在电缆接头处或恶劣环境处，密闭式集成电路点式感温的传感器，放在电缆中的可疑或重要部位，可检测到电缆局部的温度及其变化率。这一技术已经成熟。
离子感烟传感器 当火灾事故一旦发生了，它的第一现象一定烟雾。可以通过离子感烟传感器来实时监测沟隧道中烟雾变化，并用最快的速度报告人们火灾发生的位置。这一技术应用十分广泛。SCA-4000电缆监控灭火系统
3.1 系统简介
系统参照电缆的设计规范，利用电子技术、通信技术和现代控制技术，使电缆在高性能的工业控制计算机的协调控制下，24小时实时监控，通过图文显示、声光报警等方式提示故障隐患性质和具体位置，以便电缆维护人员及时采取措施，防患于未然。即使报警后没有及时处理导致电缆放炮，在自动灭火分系统的配合下，使整个系统将会自动扑灭火焰，把损失降到最低。而故障监测分系统将会告诉您电缆放炮的具体位置。彻底克服电缆过温引起的连锁火灾事故，保障安全生产，提高生产效率。该系统适用于发电、变电、大(中)型石化企业、冶金企业等敷设有隧道、沟道、夹层、桥架电缆的各种单位安装使用。
系统集隧道中电缆的泄漏电流、电缆故障、本体温度、接头温度，重要区域的环境温度、环境湿度、环境烟雾、隧道水位及自动排水等实时监控为一体，再加上自动灭火分系统那就是隧道电缆监控的完美组合，在国内处领先地位。3.2 系统特点
·具有故障在线检测功能，可对运行中的电缆故障进行准确判断和定位；
·实时监测电缆运行状态，并自动生成电缆运行报告；
·实时监控隧道、沟道等易进水的地方，并可做到自动排水；
·系统兼容多种传感装置：环境温度、本体温度、接头温度、缆式感温电缆、离子感烟、区域红外光束探测、湿度、水位、电流等传感装置，并能适应于各种恶劣的环境；
·工控机控制：12.1″大屏幕彩色液晶显示器，专用抽屉式红外键盘及鼠标，微型热敏打印机，WINDOW S操作平台，全汉字菜单，界面友好，人机对话方便，操作简单；
·配有标准图符、操作密码、管理密码等管理方便，维护简易；
·采用交直流两套供电系统，并配有专用消防电源，安全可靠；
·运行可显示隧道平面示意图，传感装置的示意位置，并有物理描述和工程描述等，直观方便；
·系统报警或自身故障时，屏幕自动提示相关图文信息，并发出声光报警信号，同时自动打印报警文字信息；
·系统具有自动数据存储功能，以便查阅历史记录，且具有统计分析功能，协助使用者对电缆的运行状态进行分析，并绘制直方图的曲线图。提供科学的状态检修依据；
·系统可通过局域网与其他自动化系统互联。3.3 系统构成
本系统主要由中央控制分系统、报警终端分系统、测温终端分系统，故障监测分系统和自动灭火分系统五大部分组成。其系统原理布线框图如下：
3.4 在线检测
控制中心 监控中心在系统网络中具有最高控制权，能够调节在线所监控管辖的变电站，在系统网络中主要用于观察、分析、记录隧道（沟道）电缆的在线运行状况、在线监测数据。中心数据服务器用于存储各个监测站点的监测信息，便于查询各设备的历史运行状况。它经WEB服务器接入局内MIS网，MIS网内的用户只需安装一套软件，而不必添置任何硬件设备即可成为远程综合监测系统的终端。在线监测计算机主要用于收集各监测站点的监测信息，接受各监测站点的报警信息，对监测数据进行分析、处理。与中心服务器之间的通讯方式灵活，可采用光纤连接、计算机串口直连、载波通讯、MODEM拨号实现现场数据的实时传送和命令控制，系统利用不同通讯介质实现远程定时或实时监测。在数据通讯量不很大的情况下，中心数据服务器、WEB服务器可以合为一台服务器，甚至可以利用现场监测计算机实现中心数据服务器、WEB服务器的功能。网络结构可以根据监测数据浏览终端的多少而灵活配置。
报警终端 终端采用先进的单片机技术，保证了系统的高速信息交换和数据采集，提高了系统的可靠性，适合于多点数，大区域，多个模块组成的监控系统。使用符合GB12476.1-90及IEC61241-1-1防爆标准的机壳，可直接在现场使用，密闭性好，防熏蒸。而且带有过压、过流、突波、隔离、雷击保护电路。支持离子感烟、区域红外、感/测温电缆、电流、水位等多种传感装置。
温度终端 采用先进的双CPU技术，保证了系统的高速信息交换和数据采集，提高了系统的可靠性，适合于多点数，大区域，多个模块组成的监控系统。使用符合GB12476.1-90 及IEC61241-1-1防爆标准的机壳，可直接在现场使用，密闭性好，防熏蒸。而且带有过压、过流、突波、隔离、雷击保护电路。
故障在线监测 在线监控系统中的电缆故障在线测距功能，是我公司十多年的SDCA系列高智能电缆故障闪测仪加上现代计算机技术和网络技术结合而成的数字化时代的产品，可以使电缆一出现故障就能知道故障点所在的具体位置，从而减少线路寻找的工作量，缩短故障修复时间，节约大量的人力、物力，提高供电可靠性，减少停电损失，加强并提高系统运行管理水平。基于已获国家专利的SDCA高智能电缆故障闪测仪（专利号：ZL 93 1 05422.2）和SDCG一种电力电缆故障的数据采集及保护装置（专利号：ZL 01 2 40569.8），首次采用在线专家系统和内置专家诊断系统，实时采集故障波形，并确定故障点距离。测距精度基本不受线路长度、故障位置、故障类型、负荷电流、接地电阻、故障时电压相角、大地电阻率及一些较强干扰的影响。利用全球定位系统（GPS）作为同步时间单元。
3.5 消防灭火
电缆防爆灭火壳近年来，国内电缆隧道（沟道）不断着火，损失惨重。通过现场考察分析，失火直接原因主要由电缆薄弱环节，特别是中间接头过热爆炸并产生电弧所引起。本公司与国家电力公司武汉高压研究所共同开发研制的新壳体，可完全防止电缆因中间接头所引起的电缆隧道（沟道）着火，与国内外同类产品相比，具有以下特点：不改变原电缆接头的结构，安装方便；防爆壳由外壳及灭火阻燃粉（或灭火泥）等组成，可完全阻止故障接头产生的电弧外喷。如果产生高温、高压，外壳上的压力孔打开，使灭火阻燃粉喷出，可以扑灭接头以外可能产生的火苗。不会因增加本装置使电缆的中间接头温度有明显变化（实验数据表明防爆壳内外温差＜±1℃，散热性能较好。壳体材料：ABS 阻燃塑料；填充材料：灭火阻燃粉或灭火泥 二氧化碳（CO2）二氧化碳（CO2）自动灭火系统是目前国内外应用非常广泛的一种气体消防设备，二氧化碳（CO2）作为灭火剂具有不污损设备，绝缘性能好等优点。设计成单元独立系统和组合分配系统，对单元或多区采用全淹没或局部灭火方式扑灭防护区内发生的火灾。
细水雾 细水雾灭火技术于20世纪40年代用于轮船灭火，自90年代开始，为了寻求替代卤代烷1301、1211的理想灭火剂，一些发达国家相继研究和开发了细水雾灭火系统。我国也把细水雾灭火系统的开发列入国家“九五”科技攻关项目。细水雾灭火系统在灭火效果、工程造价、环境保护、二次灾害损失等各方面综合比较，优于传统的气体灭火系统和水喷雾、水喷淋灭火系统，已经越来越多地被用户采用。
作为新兴的水消防灭火技术，细水雾灭火系统工程具有气体灭火和水灭火的双重优点，同时又最大化的降低了它们的缺点。具有工程和安装成本低、对火灾反应速度快、耗水量低、火灾损失少、火灾蔓延、报警速度快等一系列优点，加上它绿色环保、应用广泛的特点，细水雾灭火系统将是新世纪最佳的灭火系统。目前在欧美已进入推广普及阶段，并以其良好的性价比、卓越的环保内涵用以代替气体灭火系统及水喷淋灭火系统。我公司于数年前引进国外先进技术，结合国内消防环境的需要，进行了大量的实验和优化设计，目前已在全国率先推出该产品。
七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体 七氟丙烷（HFC-227ea）自动灭火系统是一种高效能的气体灭火设备，其灭火剂七氟丙烷（HFC-227ea）是一种无色、无味、不导电、无污染的气体，对大气臭氧层的耗损潜能值（ODP值）为零，满足环保要求。是到目前为止研究开发比较成功的一种洁净气体灭火剂，是替代卤代烷（Halon）灭火系统的理想灭火设备。
IG541洁净气体 IG541洁净气体灭火系统是一种绿色环保型灭火系统，其灭火剂只包括自然界存在的三种惰性气体的混合物（52%氮气、40%氩气、8%二氧化碳），臭氧损耗潜能值（ODP值）为零；温室效应潜能值（GWP值）为零；来自于大气而又以原有的状态回归大气，更不会产生具有长久危害大气寿命的化学物质；是替代卤代烷（Halon）灭火系统的理想灭火设备。
垂直防火卷帘 防火卷帘系列产品是严格遵照中华人民共和国颁布《GB14102-93》的技术标准进行生产，经国家固定灭火系统和耐火检验测试中心按照《GB7633-87》标准进行测试合格，耐火极限3-4小时其完整性、稳定性未受到破坏；产品全部符合国际ISO03008标准。我公司的防火卷帘系列产品，以其外观高雅、性能稳定、档次高、售后服务良好而赢得广大用户的高度信赖与支持。
横向推送防火卷帘（简称侧卷）横向推送防火卷帘产品，经“国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检测中心”检验测试合格，其耐火极限达到F2和F4，产品符合国际ISO03008标准。因是横向推送，不同垂直防火卷帘整樘悬在上空，而是安装在一侧或两侧（视宽度大小而定），由横向推送式运行，故绝对安全。PCB-超薄型钢结构防火涂料 该涂料受火时膨胀发泡，形成厚实的、蜂窝状的防火隔热层，可使钢质构件在火灾中得到隔热保护，该涂料有优良的理化性，干燥快、抗潮、耐酸碱、耐水。涂料为白色（可调色），涂层厚度薄，用于钢结构防火保护时，其装饰性大大优于传统的厚涂型防火涂料。该涂料具有施工方便的优点，可广泛用于地下工程，也适用于设施内的木材、纤维、塑料、电缆等易燃基材和电缆托盘的防火保护。PSM-饰面型膨胀防火涂料 它以防火型树脂为基料，添加各种阻燃剂、耐火材料组成。该涂料具有优异的膨胀发泡性能，湿涂500g/m2，涂层的防火性能可达到国家标准一级防火要求。同时该涂料还具有良好的耐水、耐碱以及装饰性，是保护易燃建材的理想材料。电缆温度测量与监控系统的用途
电力电缆中间连接头的故障原因有两个：一个是接触不良；另一个是绝缘压力不够。由于存在体电阻和接触电阻，当电流通过电缆中接头时要消耗电能而发热，其发热量与电流的平方和电缆线密度的乘积成正比，正常情况下接触电阻很小可忽略不计，电阻引起的温升应在正常的工作范围内，当电缆头接触不良时其接触电阻增大，从而引起温升增大，当温升超过正常值时会引起电缆头的氧化及压接头松动，氧化及压接头松动又使接触电阻进一步增大和温度进一步提高，这样恶性循环最终会使电缆中间头的温升大大增大，从而使绝缘完全被破坏而引起短路放炮。
当电缆中间头的绝缘压力不够时，或产生持续的漏泄电流，或产生继续的闪络电流，这些电流会引起发热，当漏泄电流持续一定的时间后会使绝缘老化，绝缘的老化又使漏泄电流进一步增大和温升进一步提高，同样这也是一个恶性循环的过程，最终也会使电缆中间头的绝缘完全被破坏而引起短路放炮。
电缆温度测量与监控系统的基本工作原理就是建立在上述现象基础之上的，它实时地检测电缆头和电缆本体的温度，然后通过一些计算来判断电缆的运行情况，当出现异常现象系统将通过声、光和图文等方式报警；当真的发生短路放炮等火灾事故时，消防灭火系统将自动启动进行灭火，把损失降到最低。电缆温度测量与监控系统的优势
1）、系统优势体现在预先判断和准确报警上，以往对电缆故障采取的措施都是在事后起作用，并且许多措施并不能阻止事故的发展和蔓延。
2）、系统兼容了目前世界上独一无二的电缆故障在线测距系统，当电缆发生故障时，在线测距系统自动测量出故障所在的位置，使电缆维护人员不费吹灰之力便能知道故障位置，从而大大降低了电缆维护的人力、物力和时间。
3）、整个系统是一个多功能的复合型系统，每个分系统是相互独立的，可以任意地进行组合，从而适应各种不同的场合和不同等级要求的用户。4）、系统算法：
（1）电缆头与电缆体温度的比较：电缆头与体的温度是它们所通电流、电缆线电阻密度和环境温度的函数，正常情况下电缆的接触电阻很小，可以忽略不计，电缆头与其附近的同一电缆体因通过的是同一个负荷电流，又处在同一个环境温度中，因此正常情况下它们的温度也应该相同，如果电缆头的温度超过体的温度达到某一个值时说明电缆头的工作偏离了正常情况。
（2）电缆头与电缆体温升变化率的比较：电缆头与电缆体的温度变化率是电流平方变化与电缆线电阻密度乘积的函数，在正常情况下电缆头的接触电阻可忽略不计，电缆头与同一电缆体的线电阻密度相同，它们通过的是同一负荷电流，因此它们的温升变化率也应该相同，监控系统结合电缆头与电缆体温升变化率的比较结果来判断电缆头的运行状况，温升变化率的比较有超前效应，它使系统的故障检测的灵敏度得到提高，因而能较早地发现电缆头存在的问题。
（3）电缆头与电缆体温升最大历史差值的记录和比较：正常情况下电缆头与体的温度基本一致，因此其温升差值是个较小的值，系统记录此差值的历史最大值，在系统投入实际运行一段时间如果出现了新的最大差值，则电缆头可能存在有问题。
综合上述三种算法来判断电缆的运行情况，它不但准确，而且还能及早地发现电缆头存在的问题，不使故障进一步发展和扩散。因此它与传统的措施相比具有无可比拟的优越性。结 论
根据实践证明SCA-4000系列电缆在线监控系统是稳定可靠的。因此，本项目的研制具有重大的社会意义和现实意义，有效地确保了国民生产，从而提高了社会经济效益。
参 考 文 献
GB50166-92 火灾自动报警系统施工验收规范 2 GB12666-90 电线电缆燃烧试验方法
第6部分GB12666.6-90 电线电缆耐火特性试验方法A类
第7部分GB12666.7-90 电线电缆燃烧烟浓度试验方法 3 IEC SC 20C 电缆燃烧性能
IEC 60331(1970)电缆耐火特性
IEC 60745(1994)取睚电缆的材料烯烧时析出气体的试验 4 BS6387：1994 用于火灾条件下保持电路完整电缆执行标准 英国 5 NFC32 070 电缆火灾测试，CR1、C1和C2级，法国 6 GB50217-94 电力工程电缆设计规范
隧道防火涂料的缺陷和发展趋势 篇5
《2005年中国公路水路交通行业发展统计公报》显示, 截止2005年底, 全国已建成公路隧道2889处, 共152.7万m。其中采用阻燃设计约占1/10, 因此对已有隧道防火保护具有较大的市场空间。同时据第三届铁路隧道年会发布的消息, 今后6年我国将新建300万m长的铁路隧道, 并且随着北京到上海高铁项目的立项, 必将带动隧道相关产品的需求量, 特别是隧道防火涂料的需求量。
1 隧道防火涂料的组成
隧道防火涂料主要由粘结剂、耐火填料、发泡材料和助剂组成[4,5,6]。
1.1 粘接剂
粘接剂约占涂料总体积的35%~40%。苯丙乳液、醋丙乳液、EVA乳液、582树脂、水玻璃、耐火水泥、磷酸盐等均为较好的粘结剂。由于粘结剂的用量较多, 选择粘结剂时, 需考虑其价格、燃烧性能及火灾时的烟气情况。
1.2 耐火填料
耐火填料是隧道防火涂料的骨架成分之一, 约占涂料总体积的35%~38%, 其主要作用是高温隔热和降低热导率。海泡石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、玻璃空心漂珠、高岭土、矿渣棉、超细硅酸铝等均是良好的无机轻质隔热填料。
1.3 膨胀剂
膨胀剂是隧道防火涂料的另一个主要成分, 约占涂料总体积的8%~10%。高温时, 涂料成分发生改变, 膨胀剂迅速发生膨胀, 从而形成多孔的隔热层, 阻止热量向隧道砌体的传递。膨胀蛭石、重铬酸铵为无机发泡材料;三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵是成熟的有机发泡体系, 在薄型或超薄型防火涂料中使用。
1.4 阻燃剂
阻燃剂约占涂料总体积的12%~15%。它受热时吸热失水, 协助膨胀隔热。一般选用结晶水较多的硼化物、锌化物及氢氧化铝、氢氧化镁等。
1.5 助剂
主要用于改善涂料的和易性及理化性能, 约占涂料总体积的3%~5%。常用的助剂有可再分散乳胶粉、高效减水剂等[7]。
2 现今隧道防火涂料的缺陷
我国对隧道结构进行防火保护工作始于20世纪80年代中期, 限于当时的技术、经济状况, 除了上海延安东路越江隧道等有限的几个隧道喷涂了防火涂料外, 其它隧道的结构都没有采取防火措施。真正根据有关隧道设计规范设计、建造隧道, 是近几年开始的, 而隧道防火涂料的应用则是从2001年前后开始的, 当时一些企业将厚型钢结构防火涂料或混凝土楼板防火涂料甚至电缆防火涂料作为隧道防火涂料使用。因此, 关于隧道防火涂料研究的基础比较薄弱, 产品参差不齐, 给隧道防火涂料施工和性能检测带来很大的困难。现今国内隧道防火的主要缺陷有以下几点:
(1) 涂层太厚。如按ISO 834曲线升温, 耐火性能达到3h, 一般涂料涂层厚度需20~30 mm;由于涂层较厚, 需要多次喷涂, 施工困难。如按碳氢曲线升温, 隧道防火涂料不能承受快速升温的热冲击, 可能在几分钟内就发生爆裂, 不能满足隧道的特殊防火要求。
(2) 粘结强度低。隧道防火涂料的粘结强度一般为0.1MPa, 车辆在隧道通行时, 会产生强风和震动, 不能满足隧道的实际需要。
(3) 未注重涂层毒性研究, 一旦发生火灾, 将影响火灾的扑救和隧道的修复。
(4) 耐水性较差, 涂层长期处于隧道的潮湿环境中, 会积水、甚至脱落。
3 隧道防火涂料的设计原则
国内外就隧道防火涂料研究已开展了大量的工作[8,9,10,11,12]。如国内学者提出一种以硅酸盐为主要粘结剂, 以氢氧化铝、膨胀蛭石、三硅酸镁等为填充料, 四硼酸钠为防火助剂的隧道防火涂料;针对隧道砌体不耐高温的特点, 研制了一种以无机胶凝材料为主的耐潮湿环境的水硬性隧道防火涂料, 该涂料可同时应用于钢结构和混凝土的防火保护;开发了一种新型的物理膨胀阻燃剂, 以可膨胀石墨为主, 制取了一种无卤、环保、并具有优良防火性能的物理膨胀型防火涂料。国外学者研制的建筑物表面无机防火涂料[13,14], 由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨胀珍珠岩、玻璃纤维等组成;推出了以海泡石、钙硅石、增强纤维、高铝水泥、无定型硅石为主要组成的防火涂料, 该涂料具有很好的绝热性和防爆裂性, 可应用于建筑物外墙、隧道等;可用于金属和混凝土表面的防火涂料, 由膨润土、硅酸铝、硅灰石、硅酸镁、玻璃微珠及一些多孔填料组成, 粘结剂为水玻璃、波特兰水泥、石膏、磷酸盐类中的一种或几种等等。
上述报道的隧道防火涂料的制造均以水玻璃、水泥、白水泥、高铝水泥、磷酸盐类等无机物为粘结料, 以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、微孔硅酸钙、硅藻土、粉煤灰玻璃微珠、海泡石粉、滑石粉等为填充骨料, 以玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维等为增强材料, 以含结晶水的铝、镁、硼、锌的氧化物等为阻燃剂, 以上产品其组分主要由无机材料构成。而从国内外各类防火涂料的文献专利看出, 用于保护不燃性建筑结构的涂料包括有机膨胀型厚浆涂料和轻体无机防火喷涂料2类。在火灾温度下, 有机膨胀涂料的碳质泡沫层, 易逐渐消失而降低防火隔热作用, 即使是最好的涂料, 涂层增至4 mm时, 耐火极限也只有1 h。而无机喷涂涂料, 由于密度轻, 热导率小, 耐火性能好, 随涂层厚度不同, 可满足1~2 h甚至更长时间的耐火要求。但纯粹的无机物构成的喷涂涂料, 容易出现硬而脆、产生龟裂脱落等不利情况。因此, 在隧道防火涂料的研究中, 一般应采用非膨胀型的、无污染的水性有机-无机复合涂料的技术路线。隧道防火涂料的设计原则如下:
(1) 燃烧时应无有毒气体产生, 以便于隧道火灾的扑救及隧道的修复, 即满足绿色环保的需求。
(2) 隧道渗水是一个世界性难题, 至今没有彻底解决, 车辆通过时, 会产生强风及震动, 因此, 在研制隧道防火涂料时, 不仅要考虑涂料的耐火性能, 还必须重点兼顾涂料的粘接性及耐水性。
(3) 隧道工程工期较紧, 施工量大, 应充分考虑施工的方便性和施工效率, 涂料应既可以人工涂抹, 又可以机械喷涂。
(4) 为使涂料能广泛推广应用, 同时又具有较强的市场竞争优势, 必须充分考虑产品的价格。
4 隧道防火涂料的发展趋势
隧道防火涂料的发展趋势包括, 现有隧道防火涂料的改性和新型隧道防火涂料的研制。按涂料的组分分类, 可以将隧道防火涂料分为单组分和双组分隧道防火涂料。采用双组分体系, 在实际施工现场会出现各种问题, 并且其中液料组分会直接影响防火涂料的用水量, 对防火涂料成品的强度、粘结强度、柔性和耐火性能造成很大的影响。同时由于采用分装式包装, 既造成了生产、包装、运输方面成本的增加, 也给施工增加了一定的工序。单组分体系可以避免双组分体系中存在的缺陷, 降低成本, 便于生产和施工。因此, 单组分可能是隧道防火涂料发展的一个方向。
4.1 隧道防火涂料的改性
隧道防火涂料的改性是产品系列化、满足不同环境和不通用途的需求。 (1) 高强抗裂隧道防火涂料, 改变隧道防火涂料的原材料及配方可以制备出高粘结强度、抗裂的隧道防火涂料。主要是应用在铁路隧道中, 预防由于火车震动和火车运动造成的风力剥落等现象。其中主要考虑各组分的膨胀参数和各组分的密度协调。 (2) 防水隧道防火涂料, 隧道渗水是一个世界性难题, 因此在研制隧道防火涂料时, 不仅要考虑涂料的耐火性能, 还必须重点兼顾涂料的粘接性及耐水性。 (3) 抗冻性隧道防火涂料, 由于隧道的分布比较广泛, 地理环境也比较复杂, 因此也决定了隧道防火涂料的多样性。特别是在高寒、高纬度和高原等地的隧道, 对隧道防火涂料的要求也比较严格, 抗冻性是隧道防火涂料的一个基本要求。高铁项目的立项, 也对隧道防火涂料的多样性提出了更高的要求。 (4) 超长耐火极限隧道防火涂料, 现今规定的隧道防火涂料的耐火极限为120 min (厚度为20 mm) , 但是在一些特殊要求的隧道, 如海底隧道等会对隧道防火涂料的耐火极限提出更高的要求, 因此, 必须探寻更好的、效率更高的阻燃体系。其中主要考虑各组分的导热系数和阻燃体系的匹配问题。 (5) 绿色环保隧道防火涂料, 由于隧道特殊的环境要求, 通风较差, 疏散较为困难, 因此, 对隧道防火涂料中产生的有毒气体提出了更高的要求。国标中也在考虑将有毒气体的释放量作为一技术性能指标。
4.2 隧道防火涂料的创新研发
隧道防火涂料是由厚浆型钢结构防火涂料发展而来, 这也说明隧道防火涂料的研发没有摆脱传统钢结构防火涂料的束缚, 能否换个角度重新审视隧道防火涂料成为创新性研发的关键。 (1) 薄型、超薄型隧道防火涂料的研制, 由于隧道防火涂料主要应用在人们注意力较分散的地方, 因此对隧道防火涂料的装饰性没有很高的要求, 但是由于现今地铁将成为城市交通的主力, 因此人们对隧道防火涂料的装饰性有了更高的要求。能否克服隧道防火涂料以无机填料为主的整体思路, 成了新型隧道防火涂料的研发的内容之一。 (2) 超长耐火极限隧道防火涂料, 主要是对阻燃体系的改性。传统的隧道防火涂料采用无机材料为主, 而阻燃领域发展的趋势是阻燃体系的复配, 这样更能提高阻燃效率, 采用新型的阻燃体系也是隧道防火涂料创新的方向。
5 结语
隧道防火涂料是近几年研发的产品, 与其它防火涂料相比, 其产品产量和生产厂家都较少。但是隧道防火涂料作为一种价格低廉、对隧道结构保护作用明显、适合我国目前经济发展水平的新型涂料, 在预防隧道火灾、提高隧道结构的耐火极限方面将起到积极的作用。并在降低外部火灾带来的损失和缩减修复成本方面, 将产生潜在的、巨大的经济效益和社会效益。随着国家标准的进一步完善和人们安全意识的进一步加强, 对新型隧道防火涂料的研究将日益引起人们的关注, 隧道防火涂料也将走向良性发展的轨道。
摘要：简要介绍了隧道防火涂料的组成、设计原理和存在的主要缺陷, 重点叙述了近年来隧道防火涂料的国内外研究进展和隧道防火涂料的发展趋势。隧道防火涂料作为一种价格低廉、对隧道结构保护作用明显、适合我国目前经济发展水平的新型涂料, 对使用隧道防火涂料, 在预防隧道火灾、提高隧道结构的耐火极限方面将起到积极的作用, 并在降低外部火灾带来的损失和缩减修复成本方面, 将产生潜在的、巨大的经济效益和社会效益。
隧道结构防火设计的几点思考 篇6
近年来,由于交通量的不断增长、路况的改善以及运输物品的日益复杂,导致隧道的火灾风险随之增加。隧道内的火灾往往持续时间较长,容易引发严重的火灾事故。例如,2002年1月10日,一辆满载皮鞋、打火机和教学用透明胶片等杂货的东风大货车在全长3 590 m的猫狸岭隧道内发生火灾。大火持续时间约2 h,将车辆及随车物品一烧而尽。车辆附近的消防箱、火灾感应器、拱顶电缆桥架、灯具、情报板、路侧边沟内的电缆管道等均被烧坏,桥架出现严重扭曲变形,遭燃烧破坏的区段长约200 m。在衬砌结构方面,燃烧点附近边墙瓷砖全部脱落,拱部衬砌只看见混凝土原色,并呈凹凸状,显然在高温作用下结构已有一定程度的劣化现象,但值得庆幸的是由于拱部涂有防火涂料,火灾后钻孔取芯强度试验数据显示,衬砌整体强度未受大的影响。
隧道内发生火灾的例子很多,造成的损失有大有小,但毋庸置疑,如果隧道结构因火灾受到毁灭性破坏,则经济损失将大到难以估量。因此,对隧道结构进行防火处理无论在争取救援时间,还是在降低隧道结构遭受毁灭性破坏的可能性方面都非常重要。隧道结构防火主要是通过在隧道表面设置一隔热、耐高温的表层以起到对结构提供保护来实现。
2 建筑结构在火灾工况下的破坏机理及影响
建筑结构内部温度梯度、受热膨胀差异以及钢筋变形等都有可能导致混凝土爆裂。混凝土火灾试验研究表明,当混凝土温度达到300 ℃～400 ℃时,强度开始降低,表面开始出现裂纹,400 ℃以上强度急剧降低,600 ℃时试件表面裂纹贯通,800 ℃以上时出现崩裂。隧道火灾发生前,隧道结构与围岩间已存在一种相互间的应力平衡,再加上洞内环境潮湿,衬砌内含有水分,所以当受到高温加热时,水蒸气的膨胀压力将导致隧道衬砌发生崩裂的温度点大大降低,大约为200 ℃;换言之,在没有任何防火材料保护的情况下,火灾发生5 min～15 min内,隧道结构就会出现爆裂,这将对进入火灾事故点附近的消防人员人身安全造成威胁,进而可能延误消防队员的救灾时间,从而加剧火灾对隧道结构的破坏。
3 隧道结构防火的功能要求
1)主要功能要求。
隧道结构防火主要为了保证隧道自身在火灾工况下的结构安全,提高结构的耐火性能,为隧道内人员疏散、救援、消防进场提供条件。这就要求隧道结构所使用的材料必须在火灾工况下不能自燃,也不能产生大量的有害气体和烟气,并且在发生火灾的情况下,人员疏散及消防队员救火过程中,隧道结构不会爆裂、垮塌,在整个疏散以及消防工作尚未结束前,主要的安全设备能保持正常运行状态。
2)附带功能要求。
恰当的选择隧道防火材料可以美化洞内环境,提升洞内行车舒适性,增强隧道路面亮度,降低照明运营成本,同时还便于养护,为人员逃生提供诱导。
4 隧道结构耐火极限的确定
理论上讲,隧道火灾发生频率与隧道长度、交通量、设计速度等有关,火灾的持续时间、温度时间曲线也会因为车辆类型的不同而存在较大差异。一般在没有油罐车卷入造成大型油池火灾的情况下,火灾的高温期会在引燃阶段后持续30 min～60 min。荷兰规范规定油罐火灾的高温期大约会持续2 h,只有消防队员在燃烧的初期阶段赶到现场并控制住火势时,时间才会缩短。
由于火灾具有突发性,很难准确判定其发生的时间、地点及规模,为了使隧道防火设计更趋合理,在设计过程中引用GB 50016-2006建筑设计防火规范规定的城市交通隧道分类标准(见表1),将隧道防火设计分为四类,并提出了相应的结构耐火极限。
一类隧道内承重结构体的耐火极限不应低于2.00 h,二类不应低于1.5 h,三类不应低于1.00 h,四类隧道耐火极限不限。
5 工程应用
由于高速公路隧道均为行车隧道,隧道结构均有耐火极限要求,以下结合六武高速公路隧道实际情况,以新开岭特长隧道为例(见图1),对结构耐火极限的确定现简述如下:
六安—武汉高速公路安徽段穿越大别山腹地,已于2009年12月通车,新开岭隧道是该项目的一座特长隧道,隧道左右线长度分别为3 200 m,3 233 m,洞身设置5处人行横洞,4处车行横洞,4处紧急停车带,设计假设火灾发生于隧道洞身紧急停车带最不利位置,车辆进入隧道后无法在火灾发生处的紧急停车带或车行横洞供车辆掉头,新开岭隧道内装图最近的紧急停车带间距按640 m考虑,根据交通量情况,可测算2015年隧道内两紧急停车带间均布5辆车,2028年隧道内两紧急停车带间均布14辆车,同时本隧道是特长隧道,交通工程分级为A级,隧道内火灾考虑大型车辆火灾,由于管理处距离该隧道约17 km,从报警发出到消防车辆赶赴隧道洞口需10 min～15 min,同时,考虑隧道内交通流对消防车辆的干扰,消防队员很难在火灾的初期阶段进入火场控制火势,因此,按事故车辆燃烧至自行熄灭的最不利状况来确定隧道结构的耐火极限。设计假定一辆大型车与两辆小型车相撞,相关统计资料显示,隧道内发生的此类灾难性火灾一般持续时间均在2.0 h以上,同时结合规范要求及建设成本,本隧道耐火极限不应小于2.0 h。
6 材料的选择
在材料的选择上,防火涂料无疑是隧道结构防火的首选,其施工速度快,工艺简单,防火性能优良。在我国已建工程中,虽然出现过涂层的空鼓、脱落现象,但通过对施工工艺的控制完全可以避免上述现象。由于隧道火灾中拱部温度最高,两侧边墙温度略低,一般情况下隧道拱顶采用防火涂料喷涂,在高反射率下隧道照明伪色图可以更好的保护隧道结构。涂料颜色既可以选择深色,也可以选择浅色(见图2,图3)。深色耐脏,可一定程度上减轻养护工作量;浅色淡雅,能提高行车舒适性,改善洞内环境。由于边墙在火灾过程中遭破坏相对较小,并且隧道边墙反射率对隧道路面亮度有较大影响,因此边墙防火材料的选择上较为灵活,既可选择浅色耐火涂料,亦可选择反射率高且易于清洗的瓷砖、板材等装饰材料,以提高边墙反射低反射率下隧道照明伪色图率,减少隧道运营成本。
7 结语
隧道结构自身在高温下很容易遭到破坏,尤其是隧道拱部,因此,通过对隧道结构进行防火设计来提高隧道结构的耐火性能非常必要。同时,防火材料的选择对隧道照明、养护、降低运营成本也有积极意义。
摘要：针对隧道结构防火的设计特点,结合隧道照明、消防设计实际情况,列举了隧道结构防火的设计依据,并对安徽省六安—武汉高速公路安徽段隧道结构防火设计时相关参数的确定进行简要介绍,以期提高隧道结构耐火性能。
关键词：结构防火,温度梯度,耐火极限
参考文献
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[2]GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].
[3]GA 98-2005,混凝土结构防火涂料[S].
[4]JTJ 026.1-1999,公路隧道通风照明设计规范[S].