公路隧道消防水源選取探討與應用

金柳汕

(中咨泰克交通工程集團有限公司,北京 100000)

1 概 述

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

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、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。根據項目所在的地理位置特點和各隧道周邊地質、水文等條件的差異,選擇最佳的消防水源,并根據選定的水源情況,建設相關附屬設施,鋪設從水源到消防水池的供水管線路由。公路隧道消防水源優先順序依次為常年性河流,市政自來水管網,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。另有項目所在地特殊情況的,可根據具體實際情況調整水源方案,如山區干旱地區,公路沿線附近均無合適消防水源,項目實際運營是采用運水車及時為消防水池補滿。

2 各消防水源方案選用原則和注意事項

根據《公路隧道設計規范(第二冊)交通工程與附屬設施》(JTG D70/2—2014)第三條規定:消防水池的補水時間不宜超過48 h。

2.1 常年性河流

(1)建議優先采用此方案作為隧道消防水源。

(2)通過水務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,結合相關資料,綜合分析其保證率是否可靠。

(3)采用此項取水方案需根據現場實施情況設置攔河壩或大口井等可靠的取水設施。

(4)從一些重要的河流中取水,需同當地的水務部門協商,并征得同意審批。

2.2 市政自來水管網

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

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

(3)當供水量和壓力不滿足隧道消防的工作需求時,需在隧道洞口附近設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,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議,若農忙用水季節時,應優先供應隧道消防用水。

2.4 打深水井

(1)在其他方案無法作為消防水源時,可考慮打井取地下水作為隧道消防水源。

(2)打井前應該由專門的地勘進行勘察。

(3)打井完成后需進行抽水試驗,出水量滿足48 h的補水需求。

(4)現在國家對地下水管控越來越嚴,個別地區打深井取地下水方案需經過水務部門審批通過。

(5)有些主體施工單位在實施時采用打井取水方案,消防水源可同主體施工單位溝通,將臨時施工用水井轉變為永久運營用水井。

2.5 水庫與湖泊水

(1)用水方案需經過環評和方案論證。

(2)此項用水需與水務管理部門協商,取得取水許可。

2.6 隧道內裂隙水/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)需驗證此項消防水源的可靠性,供水量是否滿足規范中的要求。

(3)隧道內裂隙水/涌水一般沿隧道內排水溝至隧道最低點,而消防水池一般設置在隧道設計高程較高的一側,故需設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目標決策

3.1 SWOT多目標決策模型

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,主要是根據概預算的費用和設計者的主觀認識進行方案比較和選擇,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,以四個方面的描述為基礎,包括優點,缺點,機會,威脅等,并綜合分析相關因素的影響,定性決策更加科學和全面,如表1所示。

表1 消防水源各方案 SWOT 矩陣解析

3.2 SWOT評價指標目標決策

一般方案的評價指標有定性和定量兩種,SWOT 評價指標目標決策是將定性指標量化,并與定量指標結合,引入影響因素權重評分機制,借用加權平均分數,根據總分的大小,對各方案的優劣進行評判,通過量化指標的目標決策,因而具有一定的科學性與實用價值(如表2所示)。其中,在描述相關影響因素時,應優先排列出對方案有直接、重大且久遠的影響因素,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方案評價指標目標決策

4 工程案例

國道109新線高速公路是《北京城市總體規劃(2016年—2035年)》干線公路網規劃中西部山區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、內蒙古鄂爾多斯等能源重鎮,向北可接首都環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,該通道具有重要的戰略意義。建成后,將在北京西部山區新增一條出京大通道,是對國家干線公路網的重要補充和完善,對促進“新絲綢之路經濟帶”戰略構想的實現、推動京津翼交通一體化建設、緩解北京西部通道交通壓力、促進華北地區經濟社會發展均具重要意義。

國道109新線高速公路東起西五環路,向西穿越石景山區,經門頭溝區妙峰山、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:以西六環軍莊為界,西五環-西六環段路線全長約12.9 km,西六環-市界段路線全長約65.4 km。

北京國道109新線工程共設置隧道16座、1處雁翅養護工區,1處西胡林服務區、隧道管理所和檢查站,以上隧道消防和后期運營均涉及到用水問題。

4.1 初步設計取水方案

本項目共設置隧道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,經與河北段設計溝通對接,由河北段統一考慮全隧道的水源問題。另外本項目雁翅養護工區、西胡林服務區、隧道管理所和檢查站均長期有大量人員需水量較大。結合用水需求,同時為保證消防水源和運營期用水的可靠性,擬采取可靠性較高的打井取水方案,共計4口水井。故本項目全線擬打新井共計14口。

4.2 優化原則

考慮北京市地下水管理條例等相關法律法規的規定,與水評單位、水務單位充分的討論溝通,施工圖階段消防水源選擇優化原則如下。

(1)取隧道口附近市政供水、村集體水井,充分利用服務區水源。

(2)新水井擬取地下水、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村自用水井。

4.3 現場調查情況和取水方案

(1)經調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,通過管網水壓可為谷山村小樁號側消防水池進行供水。

通過穩高壓系統可解決谷山村隧道、下葦甸隧道和黃臺隧道三座隧道消防系統用水。

此取水方案優點(S)為:

①比較可靠,水量容易滿足,路由清晰,容易實施,后期便于運營維護。

②可供多隧道消防用水,減少取水點數量。

此取水方案缺點(W)為:

①靠近村鎮,若在用水高峰時期,可能無法滿足水壓,需設置一套增壓穩壓設施。

②供水路由需考慮冬季保溫措施,存在上凍的風險導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,取得用水協議。

②沿山體敷設管線路由需與公路局及林地所有者交涉,取得相關協議,并涉及到征地、青苗補償和管網接入等問題。

(2)經調查雁翅養護工區附近有兩處村莊灌溉用井,若使用這兩處水井,敷設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、水井使用費用和與公路局協調問題。

利用雁翅養護工區水源(擬建新井一處),可解決養護工區和安家莊隧道、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座隧道消防系統的用水問題。

此取水方案優點(S)為:

①避免了與當地村莊和公路局進行艱難地溝通協調問題。

②灌溉用井產權隸屬于附近村莊,避免了村莊農忙灌溉用水,隧道無水或供水不足的風險。

③根據用水需求打新井,水源非?？煽?滿足用水量等需求,并且新井產權隸屬后期運營單位,便于后期運營維護。

此取水方案缺點(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項目所在地水務部門協商,并辦理取水手續。

②需進行地下水力條件勘察,可能存在附近地下無水的風險。

(3)西胡林服務區(分中心、服務區、隧管所、養護工區合建)西胡林服務區后期運營每日用水量很大,且附近無水井資源,故建議在西胡林服務區設置一處新井,從而解決此區域的用水問題。

此取水方案優點(S)為:

根據用水需求打新井,水源非常可靠,滿足用水量等需求,并且新井產權隸屬后期運營單位,便于后期運營維護。

此取水方案缺點(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項目所在地水務部門協商,并辦理取水手續。

②需進行地下水力條件勘察和水質檢測,可能存在附近地下水量較少或者無水的風險。

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

此取水方案優點(S)為:

根據用水需求打新井,水源非?？煽?滿足用水量等需求,并且新井產權隸屬后期運營單位,便于后期運營維護。

此取水方案缺點(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

①需同項目所在地水務部門協商,并辦理取水手續。

②需進行地下水力條件勘察和水質檢測,可能存在附近地下水量較少或者無水的風險。

③隧道管理所與檢查站屬于不同部門,需分別進行水費結算。

(5)經與河北側協商,小龍門隧道消防水源由河北側統一進行考慮。

此取水方案優點(S)為:

由河北段統一為全隧道提供消防水源,北京段無需重復考慮。

此取水方案缺點(W)和潛在外部因素威脅(T)為:

水源點在河北側,北京段隧道內的消防用水受制于河北側。

綜上所述:本項目施工圖階段擬在清水1#隧道大樁號側、雁翅養護工區、西胡林服務區和檢查站打新井共計4口。

5 結論與展望

5.1 結 論

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

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

(3)綜合考慮經濟性與可行性:水源的選取不僅要考慮其可靠性和充足性,還需綜合考慮經濟性與可行性。在一些情況下,與當地水務部門協商,利用市政自來水管網可能更為經濟實惠。

(4)SWOT分析指導決策:通過引入SWOT分析法,可以更全面、科學地評估不同水源方案的優缺點、機會和威脅。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)新技術的引入:隨著科技的不斷發展,新的水源取水技術和設備可能會不斷涌現。研究人員可以關注這些新技術的應用,以提高消防水源的選取效率和可行性。

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

(3)應急響應與管理:針對突發事件和災害情況,研究可以進一步深入,制定更加靈活和高效的應急響應與管理機制,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,我們期望更多的學者和從業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、可行和可持續的解決方案。這將有助于提升公路隧道的安全性和抗災能力,確保人們在使用隧道時更加安心。