公路隧道实体火灾探测试验对比分析研究

0 引 言

公路隧道具有特殊的交通环境，一旦发生火灾，火势将快速蔓延，威胁被困人员的生命与财产安全，因此公路隧道的安全问题一直备受关注 [1]。火灾发生初期若能够有效感知，那么将有利于迅速采取措施遏制火灾的蔓延，火灾探测器便可满足这一要求 [2]。不同类型的火灾探测器在具体应用中的性能有所差异，为了对火灾探测器在公路隧道火灾探测时的性能特点进行综合性对比分析，本文对公路隧道实体火灾探测试验进行了研究。探测试验地点为国内某单洞三车道沉管隧道模型，该试验隧道长 150 m，宽 15.95 m（净宽14.55 m），高 7.8 m（净高 7.1 m），为钢筋混凝土结构。试验选用实体车辆，主要分析智能图像型火灾探测器、双波段火焰探测器以及分布式光纤型感温火灾探测器的火灾探测性能。

1 阴燃烟雾类试验

阴燃烟雾类试验的目的是测试 3类火灾探测器应对隧道内货物阴燃以及被遮挡时火灾烟雾的探测性能 [3]。在试验中， 烟雾源大致在火灾探测器上游 5～10m以及下游 50m以外，以白色烟雾弹的方式模拟烟雾的产生，其中发烟时间为 4min，发烟量为 70.1m3，发烟效果如图 1所示。3类火灾探测器对烟雾的响应时间测试结果见表 1 所列。

在表 1 中，“-” 表示无响应， 因此可以看出， 分布式光纤型感温火灾探测器与火焰探测器均无法探测烟雾的产生，即对烟雾无响应。智能图像型火灾探测器的响应时间在17 ～ 112 s 之间，具体与隧道内的气流等物理环境有关。

2 油盘火 / 木垛火试验

油盘火 / 木垛火的试验采用 0.5 m×0.5 m，0.7 m×0.7 m，1.0 m×1.0 m 的标准油盘，燃料为柴油 / 汽油混合液，以及0.5 m×0.5 m×0.225 m 的木垛，对火源位置进行不同距离的测试 [4]。测试结果见表 2 和表 3 所列。表 2 为油盘火试验的响应结果，表 3 为木垛火试验的响应结果。

由表 2 和表 3 可以看出，图像型火灾探测器针对不同规模、不同火灾位置、不同风速条件下的油盘火均有响应，对于木垛火，在 95 m 远距离条件下和 70 m 位置 0 风速条件下未报警 ；双波段火焰探测器针对 45 m 或以上距离的火灾响应较差，尤其是木垛火 ；光纤感温探测器对于小于 0.5 MW的火灾在各种条件下均不产生有效报警，而火灾规模达到1.4 MW 以上时能够较好地报警。

3 隧道污染与光干扰

本文试验研究中针对探测器进行了强污染条件下的测试，50% 污染度，选用 50% 减光片和 50% 透过率的金属网 [5]。试验中采用的油盘面积为 632 cm×632 cm，燃料为汽油，油量为 3 000 mL，测试时，将油盘用支架垫高 0.9 m。50% 透过率的金属网的灰尘模拟试验未发现对图像探测器和火焰探测器产生明显影响，而 50% 减光片则较明显地影响了火焰探测器的响应情况，见表 4 所列。

同时，本文试验研究共采用了电弧焊、车辆大灯（远近光灯交替、远光灯 + 双闪）多种光干扰源进行光干扰测试，其中干扰源的距离小于 25 m。试验结果表明，火焰探测器、光纤感温探测器未受到光干扰的影响，而图像型探测器在双闪 + 刹车、双闪 + 近光灯以及尾灯闪烁的干扰下会产生误报。

4 结 语

本文对光纤感温火灾探测系统、双波段火焰探测器、图像型探测器进行了公路隧道内实体火灾试验研究，研究结果如下 ：

（1）智能图像型火灾探测器可快速响应各类火灾，虽然存在少量误报情况，但可以有效应对各类干扰、污染等问题。另外，图像火灾探测器具备可视化报警界面，为及时把握和控制隧道内的火灾状态提供了重要信息。

（2）双波段火灾探测器的规范要求监测距离为 50 m，但实体火灾探测试验则表明该类探测器的探测距离在 45 m 以 内。此外，该类型探测器易受环境污染的影响，在减光率达到 30% 的情况下，该类型探测器无法给出可靠的探测结果。

（3）光纤光栅感温探测器不能有效探测小规模火灾，基本能保障对 1.4 MW 以上的大荷载火灾进行响应，并且隧道内的风速对探测影响较大。如何保证该类型探测器在隧道环境下的长期使用也是值得考虑的现实问题。