关于城市地下综合管廊运维火灾风险因素的探讨

安科瑞 华楠

摘要：随着城市基础设施的不断完善，地下综合管廊作为城市生命线工程得到了快速发展，综合管廊后期运维周期较长，如何有效保障管廊内各管线安全运行显得尤为重要。本文从地下综合管廊火灾的特点出发，根据燃烧的三要素分析地下综合管廊火灾的潜在影响因素， 给出了综合管廊运维火灾预警设定范围，并在此基础上提出管廊防火管理的相关措施，有助于管廊运维管理人员提高和 完善管廊运维安全风险管理工作，为管廊安全运维以及城市运行提供保障。

关键词：可燃物；电力缆线；运维安全

0 引言 

        城市地下综合管廊运载了被誉为城市“生命线”的各类市政管线，是21世纪城市发展现代化的重要基础设施之一，能够带来巨大的社会效益、经济效益和环境效益。管廊内部容纳大量管线，各类管线属性不同，火灾事故一旦发生，火势将会迅速扩大，不仅会波及其他管线的运营安全，而且管廊内部将会充满大量因不完全燃烧产生的高温、有毒、有害气体，救援工作难度变大。综合管廊在我国发展至今已有60年历史，但早期投入运营的管廊规模较小，且未发生过重大安全事故，运维管理及风险应对经验依然存在不足之处。综合管廊运维过程中存在火灾风险，国内外学者已经对综合管廊火灾风险进行了大量研究。Ishii等通过测量斯托克斯和反斯托克斯线的拉曼背散射来确定沿着光纤的温度分布，并以此为基础研究了综合管廊的火灾探测系统；Jang和Kim研究了综合管廊内由于燃气泄漏及未知点火引起瓦斯爆炸的情况；Zhao等研究了不同截面形状对综合管廊系统火灾温度分布的影响，结果表明热烟探测器放置在管廊顶部较合适。郝冠宇根据综合管廊内电缆线路火灾的特点， 找出了发生电缆舱内电缆线路火灾事故的主要原因；林帅等人主要分析了管廊内火灾起因以 及各种灭火系统性能的比较，提出自动灭火设备为城市综合管廊自动灭火系统的优解决方案。 

        国内外关于综合管廊火灾的研究多集中于通过实验分析研究管廊内火灾发生时烟气及温度分布，并据此设计火灾报警系统，对综合管廊内火灾风险因素未做具体分析。本文基于前人的研究基础上，对影响综合管廊火灾风险的因素做具体分析，以便管理人员及时采取相对应的风险应对措施。

1 地下综合管廊内潜在火灾影响因素分析 

1.1 地下综合管廊火灾特点 

1.1.1 火灾风险大、损失大、影响较广泛 

        城市地下综合管廊其内部空间狭窄且存在大量管线， 一旦在运维阶段发生火灾，就会影响整个城市地下管线的正常运行，对人民生活带来重大影响。同时，随着管廊新规范的不断推出，各种市政管线都将入廊，其中天然气管道发生泄漏、燃烧和爆炸时，对事发地附近人员的安全将构成严重的威胁。 

1.1.2 地下综合管廊火灾救援困难 

        管廊内起火将会释放大量热量、烟气，热量通过热传导、热对流和热辐射等形式进行传播，会对管廊内的工作人员造成灼伤，对管线、设备和管廊结构造成伤害和破坏。综合管廊空间狭小，大量烟气会严重污染管廊环境，遮挡视线，使救援人员无法判断管廊内的环境和火势蔓延情况，影响救援进度。若燃气舱内起火，则存在爆炸风险，爆炸产生的杀伤力很强，火情往往难以控制。 

1.1.3 地下综合管廊监管不足，应急措施滞后 

        城市综合管廊收容管道种类繁多，传统市政管线信息较为闭塞，无法实现舱室内各管道信息资源互通，管廊监管单位很难对管廊内各管线做到实时监管。一旦有异常信息，管线单位经常不与管线监管部门共享，造成应急措施不及时，不但威胁到管廊自身安全，同时危及到附近地面人员安全。 

1.2 地下综合管廊潜在火灾影响因素

        在综合管廊运维阶段，火灾是有可能发生的灾害事故，而管廊起火是由管线本身、周围环境和人为状况三大因素所引起的。管廊起火三大影响因素概述如表 1 所示。

可燃物、助燃物和起火源称为燃烧的三要素，当管廊内满足上述三要素时，便会产生起火现象，导致火灾发生。

1.2.1 可燃物 

        可燃物是指能与空气中的氧或其他氧化剂起燃烧反应的物质。在综合管廊中，每个舱室均敷设了一种或多种市政管线，因此管廊内也存在了多种潜在可燃物。综合管廊内热力管道、空调管道保温层、非金属管线等一般具有可燃性，遇到明火时易被点燃；电气设备、电力电缆等出现短路、局部温度过高及其他电气故障时，容易形成火源，引起火灾事故；管廊内如设有排水管道或污水管道时，管道内易挥发出甲烷等可燃气体，当达到一定浓度，遇到起火源会产生火灾或爆炸的危险；如果管廊中有天然气管道，若气体泄漏，气体浓度达到爆炸下限或遇静电、高温和明火时，则容易起火甚至产生爆炸。 

1.2.2 助燃物 

        助燃物是指有助于燃烧可燃物，能与可燃物发生燃烧 反应的物质，如氧气、氯气。综合管廊沿途设有多个投料口、通风口和人员进出口等与外界相连接的通道口，通过自然通风或器械通风来保障管廊内空气的流动，确保廊内度不超过40℃，空气中氧气含量不低于19%，为工作人员提供一个舒适的工作环境，同时保障管廊内的设备设施正常、安全运行。 

1.2.3 起火源 

        起火源是指供给可燃物与助燃剂产生燃烧反应能量的来源。由于综合管廊中存在大量的电力电缆、通信电缆和照明系统等设备设施，这类线路的存在很可能由于短路而导致电力线中的大电流短期流动，从而线路的温度迅速上升，引起火灾。各类管线运行过程中可能出 现局部温度过高现象，一旦通风系统设计不合理或出现故障时，将导致管廊内热量积聚，温度升高，成为潜在起火源]。

2 地下综合管廊运维火灾危险性分析 

        根据 《城市综合管廊工程技术规范》（GB508382015），综合管廊舱室火灾危险性分类如表2所示：天然气管道舱室的火灾危险性类别为较高级；阻燃电力电缆、通信电缆、 热力管道的火灾危险性类别均为丙级；污水管道、塑料管等难燃管材的火灾危险性类别均为丁级；钢管、球墨铸铁管等不燃管材的火灾危险性类别为戊级。

        因此，电力电缆、通讯电缆和天然气管线的意外起火燃烧成为地下综合管廊火灾的重要原因。

2.1 综合管廊电力缆线火灾危险性分析

        综合管廊中的电力风险事故主要是指由接地故障引起的对人员和其他管道产生伤害的问题。综合管廊电力缆 线作为城市电力和通信控制电缆的传输线，连接着各处的 电气设备，一旦电力缆线发生火灾，如果不能及时发现并 采取措施， 使大火蔓延到其他管线， 造成严重的损失。电力 电缆火灾发生的原因有以下几个方面： 

        ①电力缆线发生接地或相间短路事故时，会由于继电保护装置未产生有效动作引起火灾；

        ②电力缆线中的附属设施（如照明系统、通风设施电源等）由于电气故障引起火灾； 

        ③电力缆线接头处在施工过程中由于连接不紧，造成电流过大，引起局部电力缆线过热，使电力缆线出现自燃现象发生火灾； 

        ④综合管廊内由于防火措施不当，管廊内的电力缆线会遭受雨水浸渍，发生短路事故而引起火灾； 

        ⑤电力缆线随着时间的推移会产生老化现象，使得电缆的过载能力变差，自燃温度点降低较多，容易造成电缆自燃现象发生火灾； 

        ⑥电力缆线在施工时采用明火引起的火灾。通过对综合管廊电力缆线火灾危险性的分析，需要对电力缆线做好维护与管理工作，防范电力电缆火灾的发生，防范措施如表3所示。

2.2 综合管廊天然气管线火灾危险性分析

        考虑到天然气管道输送介质的危险性，天然气管线是否入廊一直存在很大争议。传统方式下，天然气管线铺设时采用的是直埋的方式，全国每年会因邻近地区施工等各种因素引起的天然气管爆裂事故多达数百例，因此从城市防灾的角度考虑，其天然气管线纳入综合管廊是可行且有利的，但需要独立设舱。但天然气易燃、易爆的特性，很容易就会酿成管廊内火灾爆炸事故，引起城市火灾或人员伤亡，产生严重的影响。

        通过对天然气管线火灾影响因素的分析，如何保证综合管廊内天然气管线的安全性显得尤为重要。首先，天然气管道应放置在独立的舱室内，在独立舱室内应采用防爆风机，且设置独立的送、排风系统。其次，在天然气管道的 施工过程中，需要做到严格的作业安全管理，施工人员在进入综合管廊入口前应由安保人员进行检查，禁止携带易燃品进入管廊内工作。最后，需指定人员对天然气管道作业开始前可能出现可燃性气体处进行气体浓度检测，并且将结果做成记录，同时天然气管道内需设有燃气浓度检测报警紧急切断系统，紧急切断阀应具有远程操控功能。

2.3 地下综合管廊运维火灾预警设定

        在综合管廊这个密闭空间内，需要时刻监视管廊内空气中的天然气及氧气含量，当综合管廊内的可燃气体（甲烷、一氧化碳）与空气形成混合气体，在满足一定的浓度后，一旦遇火容易发生爆炸。这个浓度会有一个范围，即爆炸下限和爆炸上限。根据预测值和爆炸范围值做一个对比，当预测值超出爆炸范围时，能够提前进行预警，可以对超出范围的大小程度不同进行分析预警等级。

3 地下综合管廊防火管理措施

3.1 建立统一管理平台

        随着综合管廊新规范的要求，各种地下管线都要入廊，后期管廊的运维安全管理显得尤为重要。近年来，影响重大的管线爆炸或火灾事故都是因管线在前期规划上缺乏整体规划和统筹，在日常运营管理阶段维护薄弱、信息管理滞后。为了满足地下管廊各管线的环境运行，应急处理和日常监管要求，需要安装环境监控系统、火灾预警监控系统、视频监控系统和人员管理系统等子系统，每个子系统在满足对应监管功能的同时又涉及较多关联操控，使 得运营管理人员通过管理平台实时对管廊内的状况进行监控和处理。 

3.2 定期进行监控与报警系统维护

        地下综合管廊电缆电线材质的特殊性，火灾发生时，由于金属的导热性能， 电缆温度会很快升高，热感传导十分明显。将线型探测器装置在电缆之上，在很短时间内探测器就 能检测出来高温，并且报警。一般而言，通过感烟报警探测设备和感温报警器探测到烟雾或者高温等异常情况时，报警系统就会自动发出预警，地下管廊安全监控中心将会很快收到预警信号，根据探测设备可以有针对性的探测到管廊中的可燃物属性、 火灾源头、 起火物等。通过监控中心操作，探测器可以及时联动其他设施共同灭火。

4 安科瑞综合管廊电气火灾监控系统及消防设备电源监控系统选型

4.1电气火灾监控系统（管廊地下部分）

产品选型

注：地下管廊使用的动力箱/柜符合管廊相关标准，防护等级达IP65

4.2消防设备电源监控系统（管廊地下部分）

产品选型

5 结束语

        本文从可燃物、助燃物和起火源这三个角度分析了地下综合管廊潜在火灾的影响因素，阐述了电力缆线和天然气管线产生火灾的原因及地下综合管廊防火 管理的措施，其中包括：建立统一管理平台、完善法律法规，提升综合管廊管理水平、定期进行监控与报警系统 维护和灭火系统的选择和设计的建议，旨在通过完善的地下综合管廊防火和消防系统，确保城市地下综合管廊的安全。

参考文献：

[1] 赵永昌，朱国庆，高云骥.城市地下综合管廊火灾烟气温度 场研究[J].消防科学与技术，2017，36（01）.37-40.

[2] 王银辉.城市地下综合管廊运维火灾风险因素研究

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版