金柳汕

(中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司,北京 100000)

1 概 述

截至2023年,我國高速公路通車總里程已達(dá)17萬km,道路安全問題越來越成為運(yùn)營單位關(guān)注的頭等大事,而作為隧道工程重要附屬設(shè)施的隧道消防,在事故發(fā)生時(shí),消防水源是隧道水消防能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。

目前,公路隧道消防水源主要采用附近常年性河流、市政自來水管網(wǎng)、附近村莊灌溉用水井、打深水井、水庫湖泊水、隧道裂縫水/涌水等。根據(jù)項(xiàng)目所在的地理位置特點(diǎn)和各隧道周邊地質(zhì)、水文等條件的差異,選擇最佳的消防水源,并根據(jù)選定的水源情況,建設(shè)相關(guān)附屬設(shè)施,鋪設(shè)從水源到消防水池的供水管線路由。公路隧道消防水源優(yōu)先順序依次為常年性河流,市政自來水管網(wǎng),附近村莊灌溉用水井,打深水井,水庫湖泊水,隧道裂縫水/涌水等。另有項(xiàng)目所在地特殊情況的,可根據(jù)具體實(shí)際情況調(diào)整水源方案,如山區(qū)干旱地區(qū),公路沿線附近均無合適消防水源,項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營是采用運(yùn)水車及時(shí)為消防水池補(bǔ)滿。

2 各消防水源方案選用原則和注意事項(xiàng)

根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(第二冊)交通工程與附屬設(shè)施》(JTG D70/2—2014)第三條規(guī)定:消防水池的補(bǔ)水時(shí)間不宜超過48 h。

2.1 常年性河流

(1)建議優(yōu)先采用此方案作為隧道消防水源。

(2)通過水務(wù)部門收集附近河流的歷年水文資料,并咨詢周邊居民近年來河流的基本情況,結(jié)合相關(guān)資料,綜合分析其保證率是否可靠。

(3)采用此項(xiàng)取水方案需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施情況設(shè)置攔河壩或大口井等可靠的取水設(shè)施。

(4)從一些重要的河流中取水,需同當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)部門協(xié)商,并征得同意審批。

2.2 市政自來水管網(wǎng)

(1)市政自來水的水質(zhì)較好,并具有一定的水壓。當(dāng)隧道靠近城鎮(zhèn)、村莊時(shí),可考慮采用此項(xiàng)作為消防水源。

(2)若市政管網(wǎng)中的供水量和壓力都可以滿足隧道消防的要求時(shí),隧道消防管網(wǎng)可考慮直接同市政管網(wǎng)相接。

(3)當(dāng)供水量和壓力不滿足隧道消防的工作需求時(shí),需在隧道洞口附近設(shè)置隧道水泵房和消防水池。

2.3 附近村中灌溉用水井

(1)靠近村莊中灌溉用水井時(shí),消防水源取水方案可考慮采用此方案。

(2)國家對地下水資源管控升級,采用的水井應(yīng)有正式的編號,盡量不要采用無編號的村中自用井。

(3)需要與村中簽訂用水協(xié)議,若農(nóng)忙用水季節(jié)時(shí),應(yīng)優(yōu)先供應(yīng)隧道消防用水。

2.4 打深水井

(1)在其他方案無法作為消防水源時(shí),可考慮打井取地下水作為隧道消防水源。

(2)打井前應(yīng)該由專門的地勘進(jìn)行勘察。

(3)打井完成后需進(jìn)行抽水試驗(yàn),出水量滿足48 h的補(bǔ)水需求。

(4)現(xiàn)在國家對地下水管控越來越嚴(yán),個(gè)別地區(qū)打深井取地下水方案需經(jīng)過水務(wù)部門審批通過。

(5)有些主體施工單位在實(shí)施時(shí)采用打井取水方案,消防水源可同主體施工單位溝通,將臨時(shí)施工用水井轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眠\(yùn)營用水井。

2.5 水庫與湖泊水

(1)用水方案需經(jīng)過環(huán)評和方案論證。

(2)此項(xiàng)用水需與水務(wù)管理部門協(xié)商,取得取水許可。

2.6 隧道內(nèi)裂隙水/涌水

(1)無其他消防水源,存在本水源的情況下,可采用此方案。

(2)需驗(yàn)證此項(xiàng)消防水源的可靠性,供水量是否滿足規(guī)范中的要求。

(3)隧道內(nèi)裂隙水/涌水一般沿隧道內(nèi)排水溝至隧道最低點(diǎn),而消防水池一般設(shè)置在隧道設(shè)計(jì)高程較高的一側(cè),故需設(shè)置提升水泵和供水路由連接隙水/涌水收集池和消防水池。

3 SWOT目標(biāo)決策

3.1 SWOT多目標(biāo)決策模型

目前,在公路隧道消防水源方案的選擇過程中,由于沒有形成一套判斷工藝選擇的方法,主要是根據(jù)概預(yù)算的費(fèi)用和設(shè)計(jì)者的主觀認(rèn)識進(jìn)行方案比較和選擇,具有較大的主觀隨意性。

將SWOT分析法引入到消防水源方案的選擇中,以四個(gè)方面的描述為基礎(chǔ),包括優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),機(jī)會,威脅等,并綜合分析相關(guān)因素的影響,定性決策更加科學(xué)和全面,如表1所示。

表1 消防水源各方案 SWOT 矩陣解析

3.2 SWOT評價(jià)指標(biāo)目標(biāo)決策

一般方案的評價(jià)指標(biāo)有定性和定量兩種,SWOT 評價(jià)指標(biāo)目標(biāo)決策是將定性指標(biāo)量化,并與定量指標(biāo)結(jié)合,引入影響因素權(quán)重評分機(jī)制,借用加權(quán)平均分?jǐn)?shù),根據(jù)總分的大小,對各方案的優(yōu)劣進(jìn)行評判,通過量化指標(biāo)的目標(biāo)決策,因而具有一定的科學(xué)性與實(shí)用價(jià)值(如表2所示)。其中,在描述相關(guān)影響因素時(shí),應(yīng)優(yōu)先排列出對方案有直接、重大且久遠(yuǎn)的影響因素,將間接影響因素、次要影響因素和短暫影響因素排列在后。

表2 SWOT方案評價(jià)指標(biāo)目標(biāo)決策

4 工程案例

國道109新線高速公路是《北京城市總體規(guī)劃(2016年—2035年)》干線公路網(wǎng)規(guī)劃中西部山區(qū)唯一的出京高速通道,自市界接京蔚高速向西可至山西大同、內(nèi)蒙古鄂爾多斯等能源重鎮(zhèn),向北可接首都環(huán)線高速至冬奧城市張家口,向南可接太行山高速可至河北石家莊、涉縣等革命老區(qū),該通道具有重要的戰(zhàn)略意義。建成后,將在北京西部山區(qū)新增一條出京大通道,是對國家干線公路網(wǎng)的重要補(bǔ)充和完善,對促進(jìn)“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”戰(zhàn)略構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)、推動京津翼交通一體化建設(shè)、緩解北京西部通道交通壓力、促進(jìn)華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展均具重要意義。

國道109新線高速公路東起西五環(huán)路,向西穿越石景山區(qū),經(jīng)門頭溝區(qū)妙峰山、王平、雁翅、齋堂、清水,出市界接河北省張涿高速公路,路線全長約78 km。其中:以西六環(huán)軍莊為界,西五環(huán)-西六環(huán)段路線全長約12.9 km,西六環(huán)-市界段路線全長約65.4 km。

北京國道109新線工程共設(shè)置隧道16座、1處雁翅養(yǎng)護(hù)工區(qū),1處西胡林服務(wù)區(qū)、隧道管理所和檢查站,以上隧道消防和后期運(yùn)營均涉及到用水問題。

4.1 初步設(shè)計(jì)取水方案

本項(xiàng)目共設(shè)置隧道16座,其中需采用水消防隧道14座,消防水源擬采用打井方式共需10口水井。其中小龍門隧道為省界隧道,經(jīng)與河北段設(shè)計(jì)溝通對接,由河北段統(tǒng)一考慮全隧道的水源問題。另外本項(xiàng)目雁翅養(yǎng)護(hù)工區(qū)、西胡林服務(wù)區(qū)、隧道管理所和檢查站均長期有大量人員需水量較大。結(jié)合用水需求,同時(shí)為保證消防水源和運(yùn)營期用水的可靠性,擬采取可靠性較高的打井取水方案,共計(jì)4口水井。故本項(xiàng)目全線擬打新井共計(jì)14口。

4.2 優(yōu)化原則

考慮北京市地下水管理?xiàng)l例等相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定,與水評單位、水務(wù)單位充分的討論溝通,施工圖階段消防水源選擇優(yōu)化原則如下。

(1)取隧道口附近市政供水、村集體水井,充分利用服務(wù)區(qū)水源。

(2)新水井?dāng)M取地下水、河流圍堰滲水井;在最不利情況下,考慮使用無身份備案的農(nóng)村自用水井。

4.3 現(xiàn)場調(diào)查情況和取水方案

(1)經(jīng)調(diào)查在谷山村隧道小樁號附近有可利用陳家莊村自來水管網(wǎng),通過管網(wǎng)水壓可為谷山村小樁號側(cè)消防水池進(jìn)行供水。

通過穩(wěn)高壓系統(tǒng)可解決谷山村隧道、下葦?shù)樗淼篮忘S臺隧道三座隧道消防系統(tǒng)用水。

此取水方案優(yōu)點(diǎn)(S)為:

①比較可靠,水量容易滿足,路由清晰,容易實(shí)施,后期便于運(yùn)營維護(hù)。

②可供多隧道消防用水,減少取水點(diǎn)數(shù)量。

此取水方案缺點(diǎn)(W)為:

①靠近村鎮(zhèn),若在用水高峰時(shí)期,可能無法滿足水壓,需設(shè)置一套增壓穩(wěn)壓設(shè)施。

②供水路由需考慮冬季保溫措施,存在上凍的風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致多條隧道無水可用。

此取水方案潛在外部因素威脅(T)為:

①需與陳家莊村村委會交涉,取得用水協(xié)議。

②沿山體敷設(shè)管線路由需與公路局及林地所有者交涉,取得相關(guān)協(xié)議,并涉及到征地、青苗補(bǔ)償和管網(wǎng)接入等問題。

(2)經(jīng)調(diào)查雁翅養(yǎng)護(hù)工區(qū)附近有兩處村莊灌溉用井,若使用這兩處水井,敷設(shè)管道需過清水河和橫穿109舊路,長度較長,冬季保溫困難,涉及到征地、水井使用費(fèi)用和與公路局協(xié)調(diào)問題。

利用雁翅養(yǎng)護(hù)工區(qū)水源(擬建新井一處),可解決養(yǎng)護(hù)工區(qū)和安家莊隧道、飲馬鞍隧道、黃巖溝1#隧道、黃巖溝2#隧道、青白口隧道和塔嶺溝隧道共6座隧道消防系統(tǒng)的用水問題。

此取水方案優(yōu)點(diǎn)(S)為:

①避免了與當(dāng)?shù)卮迩f和公路局進(jìn)行艱難地溝通協(xié)調(diào)問題。

②灌溉用井產(chǎn)權(quán)隸屬于附近村莊,避免了村莊農(nóng)忙灌溉用水,隧道無水或供水不足的風(fēng)險(xiǎn)。

③根據(jù)用水需求打新井,水源非?？煽?滿足用水量等需求,并且新井產(chǎn)權(quán)隸屬后期運(yùn)營單位,便于后期運(yùn)營維護(hù)。

此取水方案缺點(diǎn)(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項(xiàng)目所在地水務(wù)部門協(xié)商,并辦理取水手續(xù)。

②需進(jìn)行地下水力條件勘察,可能存在附近地下無水的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)西胡林服務(wù)區(qū)(分中心、服務(wù)區(qū)、隧管所、養(yǎng)護(hù)工區(qū)合建)西胡林服務(wù)區(qū)后期運(yùn)營每日用水量很大,且附近無水井資源,故建議在西胡林服務(wù)區(qū)設(shè)置一處新井,從而解決此區(qū)域的用水問題。

此取水方案優(yōu)點(diǎn)(S)為:

根據(jù)用水需求打新井,水源非常可靠,滿足用水量等需求,并且新井產(chǎn)權(quán)隸屬后期運(yùn)營單位,便于后期運(yùn)營維護(hù)。

此取水方案缺點(diǎn)(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項(xiàng)目所在地水務(wù)部門協(xié)商,并辦理取水手續(xù)。

②需進(jìn)行地下水力條件勘察和水質(zhì)檢測,可能存在附近地下水量較少或者無水的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)另在靈山互通設(shè)置的隧道管理所與檢查站距離較近,擬設(shè)置一處水井為兩處提供水源。

此取水方案優(yōu)點(diǎn)(S)為:

根據(jù)用水需求打新井,水源非?？煽?滿足用水量等需求,并且新井產(chǎn)權(quán)隸屬后期運(yùn)營單位,便于后期運(yùn)營維護(hù)。

此取水方案缺點(diǎn)(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項(xiàng)目所在地水務(wù)部門協(xié)商,并辦理取水手續(xù)。

②需進(jìn)行地下水力條件勘察和水質(zhì)檢測,可能存在附近地下水量較少或者無水的風(fēng)險(xiǎn)。

③隧道管理所與檢查站屬于不同部門,需分別進(jìn)行水費(fèi)結(jié)算。

(5)經(jīng)與河北側(cè)協(xié)商,小龍門隧道消防水源由河北側(cè)統(tǒng)一進(jìn)行考慮。

此取水方案優(yōu)點(diǎn)(S)為:

由河北段統(tǒng)一為全隧道提供消防水源,北京段無需重復(fù)考慮。

此取水方案缺點(diǎn)(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

水源點(diǎn)在河北側(cè),北京段隧道內(nèi)的消防用水受制于河北側(cè)。

綜上所述:本項(xiàng)目施工圖階段擬在清水1#隧道大樁號側(cè)、雁翅養(yǎng)護(hù)工區(qū)、西胡林服務(wù)區(qū)和檢查站打新井共計(jì)4口。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié) 論

(1)多元化的水源選取策略:針對不同地理環(huán)境、水文條件以及隧道周邊特點(diǎn),制定多元化的消防水源選取策略是至關(guān)重要的。在一些地區(qū),常年性河流可能是首選,而在其他地方,市政自來水管網(wǎng)或現(xiàn)有深井取水可能更為適宜。

(2)遵循規(guī)范與法規(guī):在進(jìn)行消防水源選取時(shí),必須遵循相關(guān)的規(guī)范和法規(guī),特別是國家對于地下水資源的管理以及取水許可的規(guī)定。確保消防水源的選取不僅滿足需要,還符合法定的環(huán)保和安全標(biāo)準(zhǔn)。

(3)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與可行性:水源的選取不僅要考慮其可靠性和充足性,還需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與可行性。在一些情況下,與當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門協(xié)商,利用市政自來水管網(wǎng)可能更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

(4)SWOT分析指導(dǎo)決策:通過引入SWOT分析法,可以更全面、科學(xué)地評估不同水源方案的優(yōu)缺點(diǎn)、機(jī)會和威脅。這種分析方法有助于制定更為合理和可行的消防水源決策。

5.2 展 望

(1)新技術(shù)的引入:隨著科技的不斷發(fā)展,新的水源取水技術(shù)和設(shè)備可能會不斷涌現(xiàn)。研究人員可以關(guān)注這些新技術(shù)的應(yīng)用,以提高消防水源的選取效率和可行性。

(2)環(huán)保與可持續(xù)性:在水源選取過程中,更加注重環(huán)保和可持續(xù)性是一個(gè)重要趨勢。研究可以探討如何在滿足消防需求的同時(shí)最大程度地減少對環(huán)境的影響,確保水資源的可持續(xù)利用。

(3)應(yīng)急響應(yīng)與管理:針對突發(fā)事件和災(zāi)害情況,研究可以進(jìn)一步深入,制定更加靈活和高效的應(yīng)急響應(yīng)與管理機(jī)制,確保在緊急情況下能夠迅速獲得可靠的消防水源。

在未來的研究中,我們期望更多的學(xué)者和從業(yè)者能夠深入探討上述方向,為公路隧道消防水源選取提供更為科學(xué)、可行和可持續(xù)的解決方案。這將有助于提升公路隧道的安全性和抗災(zāi)能力,確保人們在使用隧道時(shí)更加安心。