论合设高位水池在隧道群消防设计中的应用

廖改霞

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司， 湖北 武汉　430050)



论合设高位水池在隧道群消防设计中的应用

廖改霞

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司， 湖北 武汉430050)

摘要：通过对比公路隧道群常规消防设计与合设高位水池消防设计的优缺点，阐述了合设高位水池在公路隧道群消防设计中的优势，介绍了隧道群消防系统合设高位水池的设计方法，并通过具体工程实例来说明其实际应用，旨在为公路隧道群消防设计提供借鉴。

关键词：隧道群； 合设高位水池； 消防设计

0引言

随着近几年我国基础建设的快速发展，越来越多的公路陆续建设完成，公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展，在此过程中涌现了大量的隧道群。在高速公路建设快速推进中，公路隧道及隧道群成为重庆、福建、贵州、陕西、山西、广东、广西、江西等隧道较多的省(市、区)需要进行重点攻关的工程建设项目[1]。

所谓公路隧道群，是指某公路路段上两座或两座以上间隔一定距离的隧道的总称，公路隧道群包括连续隧道和毗邻隧道[2，3]。《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)[4]提到了“连续隧道”，但并未在概念上对其予以明确说明。

针对目前“隧道群”概念模糊的问题，建议根据招商局重庆交通科研设计院关于公路隧道群概念的探讨的结论[5]，当两隧道间距L≤250 m时，定义为毗邻公路隧道；当两隧道间距L>250 m且L≤1 000 m时，定义为连续公路隧道；毗邻隧道和连续隧道统称为公路隧道群。文章中所论述的隧道群是指若干座隧道的间距L≤250 m的隧道群。

目前，我国普通公路隧道群的消防供水通常设计为恒高压供水系统，即每座水消防隧道均须设置取水设施、低位蓄水池、水泵房、高位水池、检修便道及相应的上水、下山管道等。其设计和施工存在的困难如下：

1) 因隧道群中隧道的间距通常小于250 m，且隧道之间常以桥梁结合，洞口无合适的足够场地来修建低位蓄水池、水泵房及配电房等(总占地约1 400 m2)，导致施工困难。

2) 隧道群中个别隧道有可能存在山势太陡，无法设置高位水池的情况。

3) 每座隧道单独设置水消防灭火系统，造价较高。

针对以上公路隧道群消防设计及施工中的困难，文章提出了隧道群消防设计合设高位水池的理念及其成功应用，其实际应用的意义如下：

1) 可减小施工难度，节约用地，保护环境等。

对于隧道水消防系统来说，因高位水池通常位于距洞顶至少50 m以上高程的位置，山体通常较陡峭，植被茂密，高位水池作为一项土建工程，是整个消防系统施工的难点，其施工涉及到施工便道、检修便道、高位水池选址、管道路由的征地拆迁、开挖平整山体等工作。如果遇到石质山体，则开挖基坑困难，有可能会出现开挖后山体滑坡等风险。如果没有合适的施工便道可上至高位水池选址处，则需人工搬运材料至山上，施工难度很大，造价很高。合设高位水池后，仅需设置一套洞外供水系统，减少了征地拆迁面积，节约了用地，减小了对植被及环境的破坏，大大降低了施工难度。

2) 可节省大量投资。

合设高位水池的经济效益较好。以一个由3座长隧道组成的隧道群来说，单独设计时，需要设置3套洞外供水系统，按照一座隧道设置一口深水井(约10万元/口)、一座300 m3的低位水池(含预埋件及附件，造价约50万元)和一座300 m3的高位水池(含预埋件及附件，造价约60万元)、一座水泵房(造价约15万元)、2根400 m长DN100的镀锌钢管(造价约10万元)，2根500 m长DN150的镀锌钢管(造价约15万元)，一条施工便道和一条检修便道(造价共约30万元)，3座隧道可节省两座隧道的洞外供水系统的造价，共可节省约190万元×2=380万元。

1隧道群水消防系统合设高位水池的设计方法

隧道群水消防系统合设高位水池，即在隧道群中某一隧道的洞口合适的位置设置取水设施、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个隧道，并设置闸阀等，所有隧道的洞内供水干管连接成环。

出于安全的考虑，可合设高位水池的隧道群，其隧道数量以不超过4座为宜，隧道群的最高端与最低端高差不超过70 m为宜。

1.1隧道群消防系统供水模型

1.1.1人字坡的隧道群

如果隧道群中的各个隧道的纵断面构成人字坡，可在处于隧道人字坡顶附近的一座隧道的洞口及山上设置一套洞外供水系统，洞内供水方向往两边流，供水干管呈环状，如图1。

图1　人字坡隧道群消防供水系统模型图

1.1.2单坡隧道群

如果隧道群中的各个隧道的纵断面为单坡，可在隧道群的高端洞口设置一套洞外供水系统，洞内供水方向顺坡单向流，供水干管呈环状，如图2。

图2　单坡隧道群消防供水系统模型图

1.2隧道群消防系统各设计参数的确定

隧道群作为一座整体隧道来设计时，通常为特长隧道，水力计算时其管损较大，隧道的高差较大，采用DN150的供水管径时，往往会导致高位水池的池底高程较大，洞内供水干管的静压较高，故其洞内外供水干管管径推荐采用DN200，具体应通过水力计算后，经技术经济比较，综合考虑施工难度等方面来确定管径。

水力计算时，依据隧道群内同一时间仅发生一次火灾来计算消防用水量，如果按照单座隧道计算出的隧道最大消防用水量小于隧道群按照一座特长隧道计算出的消防用水量，从安全的角度考虑，建议合设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据隧道长度及供水管的管径经水力计算确定。

上述是隧道群水力计算的一般做法。对于不同的隧道群，也可考虑仅共用取水设施、低位蓄水池及水泵房，但高位水池及下山管道分设的做法，不同的隧道下山管道分别采用DN150或DN200的供水管管径等，具体情况应根据隧道的资料及现场的地形地貌，经水力计算及技术经济比较后确定。

对于合设高位水池的隧道群来说，洞内灭火设施与一般的隧道没有很大的区别。但应该注意的是，对于单坡隧道供水系统，隧道群的最高端与最低端洞口通常高差很大，这种情况下，为降低高位水池的高程并减小洞内供水干管的承压，隧道的洞内外供水干管应采用DN200的管径，消火栓栓口静水压力超过1.0 MPa时，应设置既能减静压又能减动压的减压阀对供水干管进行分区，且消火栓应采用减压稳压消火栓或设置减压孔板进行减压，确保消火栓栓口的出水动压力不超过 0.5 MPa。

2具体工程实例

以下以广东省某高速公路的人字坡隧道群为例来阐述合设高位水池在隧道群消防设计中的实际应用。

广东省某高速公路隧道群共有3座长隧道，一座短隧道，单洞隧道长度按照桩号前进方向分别为745 m(1号隧道)、4 257 m(2号隧道)、165 m(3号隧道)、2 418 m(4号隧道)，根据《公路隧道交通工程设计规范》(JTG/T D71-2004)，依据隧道群内同一时间发生火灾次数为一次计算，隧道内消防用水量为20 L/s，根据规范隧道长度L>3 000 m时，火灾延续时间为6 h，计算消防总用水量为432 m3，考虑到隧道外的不连续消防用水及绿化冲洗用水，消防水池的容积适当增大，设计为2座联通的容积均为300 m3的高位水池。

从低位蓄水池至高位水池的上水管道管径设计为DN100，为减小管道的水头损失，高位水池至洞口的下山管道管径采用DN200，以降低高位水池的池底高程。经水力计算后，高位水池池底高程450 m，高于所在隧道洞口路面标高61 m。经技术经济比较后，隧道1的洞内供水干管管径为DN150 ，其余隧道的洞内供水干管管径为DN200，相邻隧道之间均设计有联通管，供水干管呈环状。每座隧道进、出洞口均设计有室外消火栓及水泵接合器等。因2号隧道、3号隧道、4号隧道均为顺坡供水，洞内供水干管越往末端，静水压力越大，故在4号隧道的洞口及洞内中间部位的左、右线分别设计一个减压阀进行供水分区。整个隧道群水消防系统总透视图截图如图3。

图3　广东省某高速公路隧道群消防供水系统部分截图

3结语

1) 如果隧道群中的每座隧道均单独设置水消防，其设计和施工存在如下困难：

① 因隧道群中隧道的间距小于250 m，且隧道之间通常是以桥梁结合，洞口无设置低位蓄水池、水泵房及配电房等的足够场地，导致施工困难。

② 隧道群中个别隧道有可能存在山势太陡，无法设置高位水池的情况。

③ 每座隧道单独设置水消防系统，造价较高。

2) 隧道群消防系统合设高位水池的成功应用，相对于隧道群中每座隧道单独设置水消防系统，其优势如下：

① 可避开隧道群中个别隧道洞口无足够场地来修建低位水池、水泵房等构筑物或者个别隧道无合适地形来修筑高位水池等情况，大大减小了隧道群消防系统的施工难度，对于节约用地、保护环境等也具有重要意义。

② 因合设高位水池后，减少了隧道群中的取水设施、高、低位水池、泵房、管道及便道等的工程量，可节省大量投资。

3) 通过介绍隧道群消防系统供水模型图及隧道群消防系统各设计参数的确定，阐述了隧道群水消防系统合设高位水池的设计方法。隧道群消防系统合设高位水池，其高位水池容量、池底高程及洞内外供水干管管径的确定需通过水力计算及技术经济比较后确定。

4) 以广东省某高速公路的人字坡隧道群为例，阐述了合设高位水池在隧道群消防设计中的实际应用。

参考文献：

[1] 王毅才.隧道工程·上册(第2版)[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 何川，李祖伟，王明年，等.公路隧道群及毗邻隧道智能通风照明与灾害救援联动控制技术研究[J].公路隧道，2008(3)：53-56.

[3] 韩直.公路隧道群通风控制节能技术研究[A].世界道路协会隧道专业技术委员会，中国公路学会隧道工程分会，重庆交通科研设计院.2006年公路隧道运营管理与安全国际学术会议论文集[C].重庆：重庆大学出版社，2006.

[4] JTJ 026.1-1999，公路隧道通风照明设计规范[S].

[5] 王少飞.公路隧道分类及公路隧道群概念的探讨[J].公路隧道，2009(2).

[6] 汪迎红.特长公路隧道通风竖井施工阶段稳定性分析[J].公路工程，2014(6)：219-222.

中图分类号：U 45

文献标识码：A

文章编号：1008-844X(2016)01-0130-03