以路面降雨為水源的公路隧道消防系統研究

2022-03-01 07:34:58趙守良

水利科技與經濟 2022年2期

劉歡,趙守良

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴陽 550081)

0 引言

近年來，國內外發生多起公路隧道火災事故，造成較大的經濟損失和社會影響，隧道火災安全問題成為國內外專家共同關注的焦點[1]。水消防系統作為防止隧道火災事故規模的擴大和次生災害發生的有效方法之一，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，隧道附近一般無自來水，但有常年性溪流等比較穩定的水源。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，設計合理經濟的雨水收集系統，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、系統穩定可靠、施工方便、經濟環保等特點，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。

1 隧道消防水量要求

根據《公路隧道交通工程設計規范》(JTG/T D71-2017)要求，隧道內消防用水量根據同一時間的火災次數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，根據目前的調查，貴州境內很少在一個月內同一隧道發生兩起火災事故，發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。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。

依據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

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，由于公路周邊環境較差，無法進行經常清理等，收集的雨水雜質較多，同時中央排水溝和路面邊溝容易發生淤堵。因此，需要設計一種具有過濾功能的收集系統。

路面降雨收集系統見圖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

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，對收集的路面雨水進行再次沉淀和過濾。以這種收集系統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。