以路面降雨為水源的公路隧道消防系統(tǒng)研究

劉 歡,趙守良

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴陽 550081)

0 引 言

近年來，國內外發(fā)生多起公路隧道火災事故，造成較大的經(jīng)濟損失和社會影響，隧道火災安全問題成為國內外專家共同關注的焦點[1]。水消防系統(tǒng)作為防止隧道火災事故規(guī)模的擴大和次生災害發(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)，隧道附近一般無自來水，但有常年性溪流等比較穩(wěn)定的水源。結合貴州省的氣候特點，貴州省位于副熱帶東亞大陸的季風區(qū)內，降雨充沛，在所調研的蘭海高速崇溪至遵義段等4條高速公路52個隧道中，以雨水作為消防水源的隧道占到40%以上。因此，設計合理經(jīng)濟的雨水收集系統(tǒng)，是做好貴州省公路隧道消防工作的關鍵所在。

路面降雨可以借助路面邊溝和排水溝來進行收集，具有收集容易、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、施工方便、經(jīng)濟環(huán)保等特點，而且路面水相比較與其他降雨形式如坡面水等所含雜質較少，水質較好，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計規(guī)范》(JTG/T D71-2017)要求，隧道內消防用水量根據(jù)同一時間的火災次數(shù)和一次滅火用水量確定[3]。

隧道內一次火災的消防用水量可按下式計算：

V1=3.6×q1

(1)

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

隧道外一次火災的消防用水量可按下式計算：

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為火災延續(xù)時間，h。

一次火災隧道消防用水總量為隧道室外和室內消防用水同時開啟時，二者用水量之和。計算可得隧道消防用水總量見表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 路面雨水收集長度計算

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

為滿足隧道消防水量的要求，收集路面降雨前，需要計算收集路面降雨的路面長度。目前高速公路路幅約為L=24 m，收集路面長度設為n，則其集水面積S=24nm2。按照上述結論，貴州省月平均降水量取100 mm，則月集水量A=2.4nm3?？紤]到路面降雨收集存在的各方面損耗，收集率大約為70%。則實際可收集水量為1.92n。建立與隧道消防用水總量之間的關系：V=1.92nm3。

因此可以得到路面水收集長度計算公式：

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算結果，可以得到路面雨水收集應設計的最小路面長度(計算結果取整)。見表4。

表4 收集路面設計最小長度參考值

4 路面降雨收集系統(tǒng)

高速公路一般都設有中央排水溝和路面邊溝來進行排水，這些設施可用來收集路面降雨。但是這樣直接利用中央排水溝和路面邊溝進行雨水收集時，由于公路周邊環(huán)境較差，無法進行經(jīng)常清理等，收集的雨水雜質較多，同時中央排水溝和路面邊溝容易發(fā)生淤堵。因此，需要設計一種具有過濾功能的收集系統(tǒng)。

路面降雨收集系統(tǒng)見圖1。路面降雨的收集主要包括兩個部分：中央排水溝中的降雨通過在路面下埋設橫向排水管進行收集，并且在縱向滲溝內設置初級過濾層和濾層，濾層為透水滲透材料充填，初級過濾層為非固定式的，可以拆卸清理或者更換，路面埋設的橫向排水管直接連通路面邊溝中埋設的縱向排水管。橫向排水管間距設置為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縱向排水溝，邊溝中和中央排水溝一樣同樣設置雨水過濾裝置。

縱向排水溝每隔50 m設置一個檢修孔，見圖2。其主要功能是當縱向排水管發(fā)生堵塞時，疏通縱向排水管。由于降雨在進入縱向排水管之前已經(jīng)進行了過濾，一般不會有漂浮物等較大的雜質，但是可能會由于過濾不徹底而攜帶少量泥沙。檢修孔相當于一個小的沉沙池，同時在出水方向加裝濾網(wǎng)，對收集的路面雨水進行再次沉淀和過濾。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

1) 根據(jù)貴州省降水量狀況分析，在降雨較少的冬季，參考氣象資料。如果長時間無法收集足量降雨，應采用人工補水如運水車進行補水。

2) 整個系統(tǒng)中的過濾材料或裝置，一旦發(fā)生損壞應及時修整或更換。

3) 因瀝青路面雜質及機動車輛的行駛，收集的路面降雨可能會受到油污污染，在用于消防之前，應該定時取樣檢查，確定收集的路面降雨水質符合消防用水水質的要求。

4) 橫向排水管的埋置深度應保證不被行駛車輛壓裂，所有管道的埋置深度應該超過當?shù)氐谋鶅錾疃取?/p>

5) 整個系統(tǒng)應加強巡查，及時清理淤堵，保證所有設施完善、可靠。

6 結 語

隧道火災事故具有小概率、高風險、救援難度大等特征，安全可靠的隧道消防系統(tǒng)是防止隧道火災事故規(guī)模擴大和次生災害發(fā)生的有效方法。但是由于隧道所處位置及結構特點，往往給滅火救災帶來很多困難。因此，隧道火災事故的預防是避免此類事故發(fā)生的關鍵。