公路隧道消防水源选取探讨与应用

金柳汕

(中咨泰克交通工程集团有限公司,北京 100000)

1 概 述

截至2023年,我国高速公路通车总里程已达17万km,道路安全问题越来越成为运营单位关注的头等大事,而作为隧道工程重要附属设施的隧道消防,在事故发生时,消防水源是隧道水消防能够正常运行的基础保障。

目前,公路隧道消防水源主要采用附近常年性河流、市政自来水管网、附近村庄灌溉用水井、打深水井、水库湖泊水、隧道裂缝水/涌水等。根据项目所在的地理位置特点和各隧道周边地质、水文等条件的差异,选择最佳的消防水源,并根据选定的水源情况,建设相关附属设施,铺设从水源到消防水池的供水管线路由。公路隧道消防水源优先顺序依次为常年性河流,市政自来水管网,附近村庄灌溉用水井,打深水井,水库湖泊水,隧道裂缝水/涌水等。另有项目所在地特殊情况的,可根据具体实际情况调整水源方案,如山区干旱地区,公路沿线附近均无合适消防水源,项目实际运营是采用运水车及时为消防水池补满。

2 各消防水源方案选用原则和注意事项

根据《公路隧道设计规范(第二册)交通工程与附属设施》(JTG D70/2—2014)第三条规定:消防水池的补水时间不宜超过48 h。

2.1 常年性河流

(1)建议优先采用此方案作为隧道消防水源。

(2)通过水务部门收集附近河流的历年水文资料,并咨询周边居民近年来河流的基本情况,结合相关资料,综合分析其保证率是否可靠。

(3)采用此项取水方案需根据现场实施情况设置拦河坝或大口井等可靠的取水设施。

(4)从一些重要的河流中取水,需同当地的水务部门协商,并征得同意审批。

2.2 市政自来水管网

(1)市政自来水的水质较好,并具有一定的水压。当隧道靠近城镇、村庄时,可考虑采用此项作为消防水源。

(2)若市政管网中的供水量和压力都可以满足隧道消防的要求时,隧道消防管网可考虑直接同市政管网相接。

(3)当供水量和压力不满足隧道消防的工作需求时,需在隧道洞口附近设置隧道水泵房和消防水池。

2.3 附近村中灌溉用水井

(1)靠近村庄中灌溉用水井时,消防水源取水方案可考虑采用此方案。

(2)国家对地下水资源管控升级,采用的水井应有正式的编号,尽量不要采用无编号的村中自用井。

(3)需要与村中签订用水协议,若农忙用水季节时,应优先供应隧道消防用水。

2.4 打深水井

(1)在其他方案无法作为消防水源时,可考虑打井取地下水作为隧道消防水源。

(2)打井前应该由专门的地勘进行勘察。

(3)打井完成后需进行抽水试验,出水量满足48 h的补水需求。

(4)现在国家对地下水管控越来越严,个别地区打深井取地下水方案需经过水务部门审批通过。

(5)有些主体施工单位在实施时采用打井取水方案,消防水源可同主体施工单位沟通,将临时施工用水井转变为永久运营用水井。

2.5 水库与湖泊水

(1)用水方案需经过环评和方案论证。

(2)此项用水需与水务管理部门协商,取得取水许可。

2.6 隧道内裂隙水/涌水

(1)无其他消防水源,存在本水源的情况下,可采用此方案。

(2)需验证此项消防水源的可靠性,供水量是否满足规范中的要求。

(3)隧道内裂隙水/涌水一般沿隧道内排水沟至隧道最低点,而消防水池一般设置在隧道设计高程较高的一侧,故需设置提升水泵和供水路由连接隙水/涌水收集池和消防水池。

3 SWOT目标决策

3.1 SWOT多目标决策模型

目前,在公路隧道消防水源方案的选择过程中,由于没有形成一套判断工艺选择的方法,主要是根据概预算的费用和设计者的主观认识进行方案比较和选择,具有较大的主观随意性。

将SWOT分析法引入到消防水源方案的选择中,以四个方面的描述为基础,包括优点,缺点,机会,威胁等,并综合分析相关因素的影响,定性决策更加科学和全面,如表1所示。

表1 消防水源各方案 SWOT 矩阵解析

3.2 SWOT评价指标目标决策

一般方案的评价指标有定性和定量两种,SWOT 评价指标目标决策是将定性指标量化,并与定量指标结合,引入影响因素权重评分机制,借用加权平均分数,根据总分的大小,对各方案的优劣进行评判,通过量化指标的目标决策,因而具有一定的科学性与实用价值(如表2所示)。其中,在描述相关影响因素时,应优先排列出对方案有直接、重大且久远的影响因素,将间接影响因素、次要影响因素和短暂影响因素排列在后。

表2 SWOT方案评价指标目标决策

4 工程案例

国道109新线高速公路是《北京城市总体规划(2016年—2035年)》干线公路网规划中西部山区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、内蒙古鄂尔多斯等能源重镇,向北可接首都环线高速至冬奥城市张家口,向南可接太行山高速可至河北石家庄、涉县等革命老区,该通道具有重要的战略意义。建成后,将在北京西部山区新增一条出京大通道,是对国家干线公路网的重要补充和完善,对促进“新丝绸之路经济带”战略构想的实现、推动京津翼交通一体化建设、缓解北京西部通道交通压力、促进华北地区经济社会发展均具重要意义。

国道109新线高速公路东起西五环路,向西穿越石景山区,经门头沟区妙峰山、王平、雁翅、斋堂、清水,出市界接河北省张涿高速公路,路线全长约78 km。其中:以西六环军庄为界,西五环-西六环段路线全长约12.9 km,西六环-市界段路线全长约65.4 km。

北京国道109新线工程共设置隧道16座、1处雁翅养护工区,1处西胡林服务区、隧道管理所和检查站,以上隧道消防和后期运营均涉及到用水问题。

4.1 初步设计取水方案

本项目共设置隧道16座,其中需采用水消防隧道14座,消防水源拟采用打井方式共需10口水井。其中小龙门隧道为省界隧道,经与河北段设计沟通对接,由河北段统一考虑全隧道的水源问题。另外本项目雁翅养护工区、西胡林服务区、隧道管理所和检查站均长期有大量人员需水量较大。结合用水需求,同时为保证消防水源和运营期用水的可靠性,拟采取可靠性较高的打井取水方案,共计4口水井。故本项目全线拟打新井共计14口。

4.2 优化原则

考虑北京市地下水管理条例等相关法律法规的规定,与水评单位、水务单位充分的讨论沟通,施工图阶段消防水源选择优化原则如下。

(1)取隧道口附近市政供水、村集体水井,充分利用服务区水源。

(2)新水井拟取地下水、河流围堰渗水井;在最不利情况下,考虑使用无身份备案的农村自用水井。

4.3 现场调查情况和取水方案

(1)经调查在谷山村隧道小桩号附近有可利用陈家庄村自来水管网,通过管网水压可为谷山村小桩号侧消防水池进行供水。

通过稳高压系统可解决谷山村隧道、下苇甸隧道和黄台隧道三座隧道消防系统用水。

此取水方案优点(S)为:

①比较可靠,水量容易满足,路由清晰,容易实施,后期便于运营维护。

②可供多隧道消防用水,减少取水点数量。

此取水方案缺点(W)为:

①靠近村镇,若在用水高峰时期,可能无法满足水压,需设置一套增压稳压设施。

②供水路由需考虑冬季保温措施,存在上冻的风险导致多条隧道无水可用。

此取水方案潜在外部因素威胁(T)为:

①需与陈家庄村村委会交涉,取得用水协议。

②沿山体敷设管线路由需与公路局及林地所有者交涉,取得相关协议,并涉及到征地、青苗补偿和管网接入等问题。

(2)经调查雁翅养护工区附近有两处村庄灌溉用井,若使用这两处水井,敷设管道需过清水河和横穿109旧路,长度较长,冬季保温困难,涉及到征地、水井使用费用和与公路局协调问题。

利用雁翅养护工区水源(拟建新井一处),可解决养护工区和安家庄隧道、饮马鞍隧道、黄岩沟1#隧道、黄岩沟2#隧道、青白口隧道和塔岭沟隧道共6座隧道消防系统的用水问题。

此取水方案优点(S)为:

①避免了与当地村庄和公路局进行艰难地沟通协调问题。

②灌溉用井产权隶属于附近村庄,避免了村庄农忙灌溉用水,隧道无水或供水不足的风险。

③根据用水需求打新井,水源非常可靠,满足用水量等需求,并且新井产权隶属后期运营单位,便于后期运营维护。

此取水方案缺点(W)和潜在外部因素威胁(T)为:

①需同项目所在地水务部门协商,并办理取水手续。

②需进行地下水力条件勘察,可能存在附近地下无水的风险。

(3)西胡林服务区(分中心、服务区、隧管所、养护工区合建)西胡林服务区后期运营每日用水量很大,且附近无水井资源,故建议在西胡林服务区设置一处新井,从而解决此区域的用水问题。

此取水方案优点(S)为:

根据用水需求打新井,水源非常可靠,满足用水量等需求,并且新井产权隶属后期运营单位,便于后期运营维护。

此取水方案缺点(W)和潜在外部因素威胁(T)为:

①需同项目所在地水务部门协商,并办理取水手续。

②需进行地下水力条件勘察和水质检测,可能存在附近地下水量较少或者无水的风险。

(4)另在灵山互通设置的隧道管理所与检查站距离较近,拟设置一处水井为两处提供水源。

此取水方案优点(S)为:

根据用水需求打新井,水源非常可靠,满足用水量等需求,并且新井产权隶属后期运营单位,便于后期运营维护。

此取水方案缺点(W)和潜在外部因素威胁(T)为:

①需同项目所在地水务部门协商,并办理取水手续。

②需进行地下水力条件勘察和水质检测,可能存在附近地下水量较少或者无水的风险。

③隧道管理所与检查站属于不同部门,需分别进行水费结算。

(5)经与河北侧协商,小龙门隧道消防水源由河北侧统一进行考虑。

此取水方案优点(S)为:

由河北段统一为全隧道提供消防水源,北京段无需重复考虑。

此取水方案缺点(W)和潜在外部因素威胁(T)为:

水源点在河北侧,北京段隧道内的消防用水受制于河北侧。

综上所述:本项目施工图阶段拟在清水1#隧道大桩号侧、雁翅养护工区、西胡林服务区和检查站打新井共计4口。

5 结论与展望

5.1 结 论

(1)多元化的水源选取策略:针对不同地理环境、水文条件以及隧道周边特点,制定多元化的消防水源选取策略是至关重要的。在一些地区,常年性河流可能是首选,而在其他地方,市政自来水管网或现有深井取水可能更为适宜。

(2)遵循规范与法规:在进行消防水源选取时,必须遵循相关的规范和法规,特别是国家对于地下水资源的管理以及取水许可的规定。确保消防水源的选取不仅满足需要,还符合法定的环保和安全标准。

(3)综合考虑经济性与可行性:水源的选取不仅要考虑其可靠性和充足性,还需综合考虑经济性与可行性。在一些情况下,与当地水务部门协商,利用市政自来水管网可能更为经济实惠。

(4)SWOT分析指导决策:通过引入SWOT分析法,可以更全面、科学地评估不同水源方案的优缺点、机会和威胁。这种分析方法有助于制定更为合理和可行的消防水源决策。

5.2 展 望

(1)新技术的引入:随着科技的不断发展,新的水源取水技术和设备可能会不断涌现。研究人员可以关注这些新技术的应用,以提高消防水源的选取效率和可行性。

(2)环保与可持续性:在水源选取过程中,更加注重环保和可持续性是一个重要趋势。研究可以探讨如何在满足消防需求的同时最大程度地减少对环境的影响,确保水资源的可持续利用。

(3)应急响应与管理:针对突发事件和灾害情况,研究可以进一步深入,制定更加灵活和高效的应急响应与管理机制,确保在紧急情况下能够迅速获得可靠的消防水源。

在未来的研究中,我们期望更多的学者和从业者能够深入探讨上述方向,为公路隧道消防水源选取提供更为科学、可行和可持续的解决方案。这将有助于提升公路隧道的安全性和抗灾能力,确保人们在使用隧道时更加安心。