廖改霞

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司， 湖北 武漢　430050)

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論合設(shè)高位水池在隧道群消防設(shè)計中的應用

廖改霞

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司， 湖北 武漢430050)

摘要：通過對比公路隧道群常規(guī)消防設(shè)計與合設(shè)高位水池消防設(shè)計的優(yōu)缺點，闡述了合設(shè)高位水池在公路隧道群消防設(shè)計中的優(yōu)勢，介紹了隧道群消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池的設(shè)計方法，并通過具體工程實例來說明其實際應用，旨在為公路隧道群消防設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道群； 合設(shè)高位水池； 消防設(shè)計

0引言

隨著近幾年我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的公路陸續(xù)建設(shè)完成，公路隧道作為公路路線的基本組成部分，與公路建設(shè)同步發(fā)展，在此過程中涌現(xiàn)了大量的隧道群。在高速公路建設(shè)快速推進中，公路隧道及隧道群成為重慶、福建、貴州、陜西、山西、廣東、廣西、江西等隧道較多的省(市、區(qū))需要進行重點攻關(guān)的工程建設(shè)項目[1]。

所謂公路隧道群，是指某公路路段上兩座或兩座以上間隔一定距離的隧道的總稱，公路隧道群包括連續(xù)隧道和毗鄰隧道[2，3]?！豆匪淼劳L照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ 026.1-1999)[4]提到了“連續(xù)隧道”，但并未在概念上對其予以明確說明。

針對目前“隧道群”概念模糊的問題，建議根據(jù)招商局重慶交通科研設(shè)計院關(guān)于公路隧道群概念的探討的結(jié)論[5]，當兩隧道間距L≤250 m時，定義為毗鄰公路隧道；當兩隧道間距L>250 m且L≤1 000 m時，定義為連續(xù)公路隧道；毗鄰隧道和連續(xù)隧道統(tǒng)稱為公路隧道群。文章中所論述的隧道群是指若干座隧道的間距L≤250 m的隧道群。

目前，我國普通公路隧道群的消防供水通常設(shè)計為恒高壓供水系統(tǒng)，即每座水消防隧道均須設(shè)置取水設(shè)施、低位蓄水池、水泵房、高位水池、檢修便道及相應的上水、下山管道等。其設(shè)計和施工存在的困難如下：

1) 因隧道群中隧道的間距通常小于250 m，且隧道之間常以橋梁結(jié)合，洞口無合適的足夠場地來修建低位蓄水池、水泵房及配電房等(總占地約1 400 m2)，導致施工困難。

2) 隧道群中個別隧道有可能存在山勢太陡，無法設(shè)置高位水池的情況。

3) 每座隧道單獨設(shè)置水消防滅火系統(tǒng)，造價較高。

針對以上公路隧道群消防設(shè)計及施工中的困難，文章提出了隧道群消防設(shè)計合設(shè)高位水池的理念及其成功應用，其實際應用的意義如下：

1) 可減小施工難度，節(jié)約用地，保護環(huán)境等。

對于隧道水消防系統(tǒng)來說，因高位水池通常位于距洞頂至少50 m以上高程的位置，山體通常較陡峭，植被茂密，高位水池作為一項土建工程，是整個消防系統(tǒng)施工的難點，其施工涉及到施工便道、檢修便道、高位水池選址、管道路由的征地拆遷、開挖平整山體等工作。如果遇到石質(zhì)山體，則開挖基坑困難，有可能會出現(xiàn)開挖后山體滑坡等風險。如果沒有合適的施工便道可上至高位水池選址處，則需人工搬運材料至山上，施工難度很大，造價很高。合設(shè)高位水池后，僅需設(shè)置一套洞外供水系統(tǒng)，減少了征地拆遷面積，節(jié)約了用地，減小了對植被及環(huán)境的破壞，大大降低了施工難度。

2) 可節(jié)省大量投資。

合設(shè)高位水池的經(jīng)濟效益較好。以一個由3座長隧道組成的隧道群來說，單獨設(shè)計時，需要設(shè)置3套洞外供水系統(tǒng)，按照一座隧道設(shè)置一口深水井(約10萬元/口)、一座300 m3的低位水池(含預埋件及附件，造價約50萬元)和一座300 m3的高位水池(含預埋件及附件，造價約60萬元)、一座水泵房(造價約15萬元)、2根400 m長DN100的鍍鋅鋼管(造價約10萬元)，2根500 m長DN150的鍍鋅鋼管(造價約15萬元)，一條施工便道和一條檢修便道(造價共約30萬元)，3座隧道可節(jié)省兩座隧道的洞外供水系統(tǒng)的造價，共可節(jié)省約190萬元×2=380萬元。

1隧道群水消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池的設(shè)計方法

隧道群水消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池，即在隧道群中某一隧道的洞口合適的位置設(shè)置取水設(shè)施、低位蓄水池、水泵房等，而高位水池至洞口的下山管道在洞口采用三通分水至隧道群中的各個隧道，并設(shè)置閘閥等，所有隧道的洞內(nèi)供水干管連接成環(huán)。

出于安全的考慮，可合設(shè)高位水池的隧道群，其隧道數(shù)量以不超過4座為宜，隧道群的最高端與最低端高差不超過70 m為宜。

1.1隧道群消防系統(tǒng)供水模型

1.1.1人字坡的隧道群

如果隧道群中的各個隧道的縱斷面構(gòu)成人字坡，可在處于隧道人字坡頂附近的一座隧道的洞口及山上設(shè)置一套洞外供水系統(tǒng)，洞內(nèi)供水方向往兩邊流，供水干管呈環(huán)狀，如圖1。

圖1　人字坡隧道群消防供水系統(tǒng)模型圖

1.1.2單坡隧道群

如果隧道群中的各個隧道的縱斷面為單坡，可在隧道群的高端洞口設(shè)置一套洞外供水系統(tǒng)，洞內(nèi)供水方向順坡單向流，供水干管呈環(huán)狀，如圖2。

圖2　單坡隧道群消防供水系統(tǒng)模型圖

1.2隧道群消防系統(tǒng)各設(shè)計參數(shù)的確定

隧道群作為一座整體隧道來設(shè)計時，通常為特長隧道，水力計算時其管損較大，隧道的高差較大，采用DN150的供水管徑時，往往會導致高位水池的池底高程較大，洞內(nèi)供水干管的靜壓較高，故其洞內(nèi)外供水干管管徑推薦采用DN200，具體應通過水力計算后，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合考慮施工難度等方面來確定管徑。

水力計算時，依據(jù)隧道群內(nèi)同一時間僅發(fā)生一次火災來計算消防用水量，如果按照單座隧道計算出的隧道最大消防用水量小于隧道群按照一座特長隧道計算出的消防用水量，從安全的角度考慮，建議合設(shè)的高位水池容量采用隧道群的消防用水量。

高位水池的池底高程根據(jù)隧道長度及供水管的管徑經(jīng)水力計算確定。

上述是隧道群水力計算的一般做法。對于不同的隧道群，也可考慮僅共用取水設(shè)施、低位蓄水池及水泵房，但高位水池及下山管道分設(shè)的做法，不同的隧道下山管道分別采用DN150或DN200的供水管管徑等，具體情況應根據(jù)隧道的資料及現(xiàn)場的地形地貌，經(jīng)水力計算及技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

對于合設(shè)高位水池的隧道群來說，洞內(nèi)滅火設(shè)施與一般的隧道沒有很大的區(qū)別。但應該注意的是，對于單坡隧道供水系統(tǒng)，隧道群的最高端與最低端洞口通常高差很大，這種情況下，為降低高位水池的高程并減小洞內(nèi)供水干管的承壓，隧道的洞內(nèi)外供水干管應采用DN200的管徑，消火栓栓口靜水壓力超過1.0 MPa時，應設(shè)置既能減靜壓又能減動壓的減壓閥對供水干管進行分區(qū)，且消火栓應采用減壓穩(wěn)壓消火栓或設(shè)置減壓孔板進行減壓，確保消火栓栓口的出水動壓力不超過 0.5 MPa。

2具體工程實例

以下以廣東省某高速公路的人字坡隧道群為例來闡述合設(shè)高位水池在隧道群消防設(shè)計中的實際應用。

廣東省某高速公路隧道群共有3座長隧道，一座短隧道，單洞隧道長度按照樁號前進方向分別為745 m(1號隧道)、4 257 m(2號隧道)、165 m(3號隧道)、2 418 m(4號隧道)，根據(jù)《公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范》(JTG/T D71-2004)，依據(jù)隧道群內(nèi)同一時間發(fā)生火災次數(shù)為一次計算，隧道內(nèi)消防用水量為20 L/s，根據(jù)規(guī)范隧道長度L>3 000 m時，火災延續(xù)時間為6 h，計算消防總用水量為432 m3，考慮到隧道外的不連續(xù)消防用水及綠化沖洗用水，消防水池的容積適當增大，設(shè)計為2座聯(lián)通的容積均為300 m3的高位水池。

從低位蓄水池至高位水池的上水管道管徑設(shè)計為DN100，為減小管道的水頭損失，高位水池至洞口的下山管道管徑采用DN200，以降低高位水池的池底高程。經(jīng)水力計算后，高位水池池底高程450 m，高于所在隧道洞口路面標高61 m。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后，隧道1的洞內(nèi)供水干管管徑為DN150 ，其余隧道的洞內(nèi)供水干管管徑為DN200，相鄰隧道之間均設(shè)計有聯(lián)通管，供水干管呈環(huán)狀。每座隧道進、出洞口均設(shè)計有室外消火栓及水泵接合器等。因2號隧道、3號隧道、4號隧道均為順坡供水，洞內(nèi)供水干管越往末端，靜水壓力越大，故在4號隧道的洞口及洞內(nèi)中間部位的左、右線分別設(shè)計一個減壓閥進行供水分區(qū)。整個隧道群水消防系統(tǒng)總透視圖截圖如圖3。

圖3　廣東省某高速公路隧道群消防供水系統(tǒng)部分截圖

3結(jié)語

1) 如果隧道群中的每座隧道均單獨設(shè)置水消防，其設(shè)計和施工存在如下困難：

① 因隧道群中隧道的間距小于250 m，且隧道之間通常是以橋梁結(jié)合，洞口無設(shè)置低位蓄水池、水泵房及配電房等的足夠場地，導致施工困難。

② 隧道群中個別隧道有可能存在山勢太陡，無法設(shè)置高位水池的情況。

③ 每座隧道單獨設(shè)置水消防系統(tǒng)，造價較高。

2) 隧道群消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池的成功應用，相對于隧道群中每座隧道單獨設(shè)置水消防系統(tǒng)，其優(yōu)勢如下：

① 可避開隧道群中個別隧道洞口無足夠場地來修建低位水池、水泵房等構(gòu)筑物或者個別隧道無合適地形來修筑高位水池等情況，大大減小了隧道群消防系統(tǒng)的施工難度，對于節(jié)約用地、保護環(huán)境等也具有重要意義。

② 因合設(shè)高位水池后，減少了隧道群中的取水設(shè)施、高、低位水池、泵房、管道及便道等的工程量，可節(jié)省大量投資。

3) 通過介紹隧道群消防系統(tǒng)供水模型圖及隧道群消防系統(tǒng)各設(shè)計參數(shù)的確定，闡述了隧道群水消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池的設(shè)計方法。隧道群消防系統(tǒng)合設(shè)高位水池，其高位水池容量、池底高程及洞內(nèi)外供水干管管徑的確定需通過水力計算及技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

4) 以廣東省某高速公路的人字坡隧道群為例，闡述了合設(shè)高位水池在隧道群消防設(shè)計中的實際應用。

參考文獻：

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[2] 何川，李祖?zhèn)?，王明年，?公路隧道群及毗鄰隧道智能通風照明與災害救援聯(lián)動控制技術(shù)研究[J].公路隧道，2008(3)：53-56.

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[6] 汪迎紅.特長公路隧道通風豎井施工階段穩(wěn)定性分析[J].公路工程，2014(6)：219-222.

中圖分類號：U 45

文獻標識碼：A

文章編號：1008-844X(2016)01-0130-03