劉 歡,趙守良

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴陽(yáng) 550081)

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生多起公路隧道火災(zāi)事故，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，隧道火災(zāi)安全問(wèn)題成為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家共同關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。水消防系統(tǒng)作為防止隧道火災(zāi)事故規(guī)模的擴(kuò)大和次生災(zāi)害發(fā)生的有效方法之一，在貴州省公路隧道消防被廣泛應(yīng)用[2]。貴州省高速公路隧道一般多處在山區(qū)，隧道附近一般無(wú)自來(lái)水，但有常年性溪流等比較穩(wěn)定的水源。結(jié)合貴州省的氣候特點(diǎn)，貴州省位于副熱帶東亞大陸的季風(fēng)區(qū)內(nèi)，降雨充沛，在所調(diào)研的蘭海高速崇溪至遵義段等4條高速公路52個(gè)隧道中，以雨水作為消防水源的隧道占到40%以上。因此，設(shè)計(jì)合理經(jīng)濟(jì)的雨水收集系統(tǒng)，是做好貴州省公路隧道消防工作的關(guān)鍵所在。

路面降雨可以借助路面邊溝和排水溝來(lái)進(jìn)行收集，具有收集容易、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)，而且路面水相比較與其他降雨形式如坡面水等所含雜質(zhì)較少，水質(zhì)較好，是作為隧道消防水的最佳選擇。本文主要介紹以路面降雨為水源的貴州省公路隧道消防系統(tǒng)。

1 隧道消防水量要求

根據(jù)《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D71-2017)要求，隧道內(nèi)消防用水量根據(jù)同一時(shí)間的火災(zāi)次數(shù)和一次滅火用水量確定[3]。

隧道內(nèi)一次火災(zāi)的消防用水量可按下式計(jì)算：

V1=3.6×q1

(1)

式中：V1為隧道內(nèi)消防用水量，m3；q1為隧道內(nèi)消火栓一次滅火用水量，L/s；t為火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，h。

隧道外一次火災(zāi)的消防用水量可按下式計(jì)算：

V1=3.6×q2×t

(2)

式中：V2為隧道外消防用水量，m3；q2為隧道外消火栓、水泵接合器流量，L/s；t為火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，h。

一次火災(zāi)隧道消防用水總量為隧道室外和室內(nèi)消防用水同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，二者用水量之和。計(jì)算可得隧道消防用水總量見(jiàn)表1。

表1 隧道消防用水總量

2 貴州省降水量狀況

分析貴州省2019和2020年月降水量狀況，貴州省整體而言雨水資源豐富，降雨量較大。但是降水存在一定的時(shí)空不均勻性，降雨量夏秋季節(jié)多，冬季最少。2019和2020年全年月平均降水量分別為110和117 mm，均在100 mm以上。其中，各月的平均降水量除冬季月份以外，也均在100 mm左右。見(jiàn)表2和表3。

表2 貴州省2019年月平均降水量

表3 貴州省2020年月平均降水量

3 路面雨水收集長(zhǎng)度計(jì)算

隧道火災(zāi)事故為小概率事件，根據(jù)目前的調(diào)查，貴州境內(nèi)很少在一個(gè)月內(nèi)同一隧道發(fā)生兩起火災(zāi)事故，發(fā)生多起火災(zāi)事故的概率更是小得多[4-5]。因此在安全范圍內(nèi)，假定隧道火災(zāi)事故最大頻率為1次/月是完全可以的，考慮到隧道消防水源的補(bǔ)水以及降雨的隨機(jī)性以及施工經(jīng)濟(jì)等因素，因此路面雨水的收集時(shí)間周期設(shè)定為一個(gè)月。

為滿(mǎn)足隧道消防水量的要求，收集路面降雨前，需要計(jì)算收集路面降雨的路面長(zhǎng)度。目前高速公路路幅約為L(zhǎng)=24 m，收集路面長(zhǎng)度設(shè)為n，則其集水面積S=24nm2。按照上述結(jié)論，貴州省月平均降水量取100 mm，則月集水量A=2.4nm3。考慮到路面降雨收集存在的各方面損耗，收集率大約為70%。則實(shí)際可收集水量為1.92n。建立與隧道消防用水總量之間的關(guān)系：V=1.92nm3。

因此可以得到路面水收集長(zhǎng)度計(jì)算公式：

n=V/1.92

其中：V為隧道消防所需水量，m3；1.92為系數(shù)。

依據(jù)上述隧道消防用水總量的計(jì)算結(jié)果，可以得到路面雨水收集應(yīng)設(shè)計(jì)的最小路面長(zhǎng)度(計(jì)算結(jié)果取整)。見(jiàn)表4。

表4 收集路面設(shè)計(jì)最小長(zhǎng)度參考值

4 路面降雨收集系統(tǒng)

高速公路一般都設(shè)有中央排水溝和路面邊溝來(lái)進(jìn)行排水，這些設(shè)施可用來(lái)收集路面降雨。但是這樣直接利用中央排水溝和路面邊溝進(jìn)行雨水收集時(shí)，由于公路周邊環(huán)境較差，無(wú)法進(jìn)行經(jīng)常清理等，收集的雨水雜質(zhì)較多，同時(shí)中央排水溝和路面邊溝容易發(fā)生淤堵。因此，需要設(shè)計(jì)一種具有過(guò)濾功能的收集系統(tǒng)。

路面降雨收集系統(tǒng)見(jiàn)圖1。路面降雨的收集主要包括兩個(gè)部分：中央排水溝中的降雨通過(guò)在路面下埋設(shè)橫向排水管進(jìn)行收集，并且在縱向滲溝內(nèi)設(shè)置初級(jí)過(guò)濾層和濾層，濾層為透水滲透材料充填，初級(jí)過(guò)濾層為非固定式的，可以拆卸清理或者更換，路面埋設(shè)的橫向排水管直接連通路面邊溝中埋設(shè)的縱向排水管。橫向排水管間距設(shè)置為30～50 m。

圖1 路面降雨收集系統(tǒng)

大部分路面降雨因路面設(shè)置一定的橫向坡度，匯流到路面邊溝，路面邊溝中沿公路延伸方向埋設(shè)縱向排水溝，邊溝中和中央排水溝一樣同樣設(shè)置雨水過(guò)濾裝置。

縱向排水溝每隔50 m設(shè)置一個(gè)檢修孔，見(jiàn)圖2。其主要功能是當(dāng)縱向排水管發(fā)生堵塞時(shí)，疏通縱向排水管。由于降雨在進(jìn)入縱向排水管之前已經(jīng)進(jìn)行了過(guò)濾，一般不會(huì)有漂浮物等較大的雜質(zhì)，但是可能會(huì)由于過(guò)濾不徹底而攜帶少量泥沙。檢修孔相當(dāng)于一個(gè)小的沉沙池，同時(shí)在出水方向加裝濾網(wǎng)，對(duì)收集的路面雨水進(jìn)行再次沉淀和過(guò)濾。以這種收集系統(tǒng)收集的路面降雨可直接引入蓄水池，不必再設(shè)置沉沙池和濾水池。

圖2 縱向排水溝檢修孔示意圖

5 注意事項(xiàng)

1) 根據(jù)貴州省降水量狀況分析，在降雨較少的冬季，參考?xì)庀筚Y料。如果長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收集足量降雨，應(yīng)采用人工補(bǔ)水如運(yùn)水車(chē)進(jìn)行補(bǔ)水。

2) 整個(gè)系統(tǒng)中的過(guò)濾材料或裝置，一旦發(fā)生損壞應(yīng)及時(shí)修整或更換。

3) 因?yàn)r青路面雜質(zhì)及機(jī)動(dòng)車(chē)輛的行駛，收集的路面降雨可能會(huì)受到油污污染，在用于消防之前，應(yīng)該定時(shí)取樣檢查，確定收集的路面降雨水質(zhì)符合消防用水水質(zhì)的要求。

4) 橫向排水管的埋置深度應(yīng)保證不被行駛車(chē)輛壓裂，所有管道的埋置深度應(yīng)該超過(guò)當(dāng)?shù)氐谋鶅錾疃取?/p>

5) 整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)巡查，及時(shí)清理淤堵，保證所有設(shè)施完善、可靠。

6 結(jié) 語(yǔ)

隧道火災(zāi)事故具有小概率、高風(fēng)險(xiǎn)、救援難度大等特征，安全可靠的隧道消防系統(tǒng)是防止隧道火災(zāi)事故規(guī)模擴(kuò)大和次生災(zāi)害發(fā)生的有效方法。但是由于隧道所處位置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，往往給滅火救災(zāi)帶來(lái)很多困難。因此，隧道火災(zāi)事故的預(yù)防是避免此類(lèi)事故發(fā)生的關(guān)鍵。