高速公路隧道消防系统的设计选型与应用

高速公路隧道消防系统的设计选型与应用

摘要：随着高速公路的建设不断发展，公路隧道建设越来越多，长大隧道的消防安全设计与应用越来越引起工程技术人员的重视，本文是笔者针对四川省雅泸高速公路石棉段隧道消防系统优化设计、工程施工和设备调试中的体会，提出了高速公路隧道消防系统供水方式选择、水源点选取、消防水池设置及容量计算、消防泵的选用方法和注意事项。

关键词：高速公路消防系统选择与应用

隧道消防供水方式的选择

目前高速公路隧道消防系统供水，通常采用常高压消防系统和临时高压消防系统，常高压消防系统采用低位水池——提升泵房——高位水池供水方式，它是原理是通过取水设施将水引至低位水池，通过提升泵房的水泵加压供给高位水池，再由高位水池向隧道内消防管网利用水的高差和自身重力流供水。而临时高压消防系统采用低位水池——加压泵房的供水方式。这种系统中，消防栓出水的水压是由消防泵提供的，它的原理是通过取水设施将水引至低位水池，通过加压泵加压直接供给隧道内消防管网，为了保持隧道内消防管网处于常压状态，在泵房处设稳压泵及稳压罐，通过压力远传控制系统控制管网压力，以下是两种供水方式指标的对比分析：

如何选择隧道的供水方式呢，根据《公路隧道交通工程设计规范》规定，当有地形可利用时，一般情况下，将消防水池设于高位，利用重力流供水，对隧道消防供水较为安全，也可以减少用泵加压造成运行费用增加及维护量增大；当无地形可利用时可考虑采用气压罐自动供水方式。

笔者在参与四川省雅安经石棉至泸沽高速公路工程项目2011年通车段隧道机电工程T4合同段施工中的鸡公山、罗家山、擦罗2#隧道周边地势陡峭且地质情况复杂，按设计高程无法找到适宜修建高位水池的位置，因此取消高位水池，选择了高压消防供水方式。

消防水源点的选择

目前高速公路隧道长度在1000m以上的隧道通常都设置了水消防系统。在满足消防水池补水要求的条件下，可选择的水源有市政自来水、深井水、山涧溪流以及隧道内的渗透水等，以下是几种供水方式的流程：

（1）自来水——低位水池——消防泵房——高位水池——隧道消防管网；

（2）深井水——高、低位水池——隧道消防管网

（3）山涧溪水——拦河坝——沉砂池——低位水池——消防泵房——高位水池——隧道消防管网

（4）隧道内渗透水——沉砂池——低位水池——消防泵房——高位水池——隧道消防管网

一般来说，市政自来水水质较好，水的稳定性和可靠性较好，但通常高速公路距离市区较远，取水管网较长，施工成本高；河流的水质较好，但受季节性影响较大，夏季雨量充沛时河水暴涨，冬季易结冰或枯萎，水量稳定性不好；深井水属于地下水、水质较好、水量充沛、受季节性影响小，但需要打井，费用较高；山涧溪流和隧道内的渗透水属于地表水，水的稳定性和可靠性相对较差，消防水池的补给时间长。

根据《公路隧道交通工程设计规范》，隧道消防用水在没有市政自来水可利用时，可采用地下水源和天然水源，当利用天然水源时，应确保枯水期最低水位时消防用水的可靠性，且应设可靠的取水设施，消防水池的补水时间不宜超过48小时。

高、低位水池位置及容量选择

消防水池包括高位水池和低位水池，在优化设计时首先需要考虑将消防水池设置在隧道哪一端。通常情况下，先对设置在隧道入口或出口消防水池进行压力计算，得出对应的高位水池的高程后，取所需高位水池高程低的那端设置消防水池，便于降低施工成本和难度。

低位水池通常设置在水源点附近，一要尽量设置在高程高的地方，低位水池对于高程没有具体要求，低位水池的高程越高，与高位水池的高差就越小，这样水泵所需要的扬程和功率就可以减少，同时可以减少工程造价和隧道运营成本；二要尽量设置在靠近高位水池的地方，两个水池离的越近，给水管就越短，沿程损失就越少，工程成本也会降低。三是低位水池尽可能设置在高速公路路侧附近和便道附近，便于运营期间养护和管理。

高位水池的高程是根据隧道具体情况计算出来的，高程过低不能满足消防栓出水的压力要求，高程过高会使整个隧道的环状给水管网压力过高，可能造成局部漏水，并且还会使工程造价增加。高位水池的位置通常主要也考虑两点：一是应该设置在离隧道口较近的区域，高位水池的出水管直接连接隧道口的给水管网，其到隧道口的距离越短，给水管的沿程损失就越少；其次，与低位水池相同，高位水池也应该尽量设置在离低位水池距离较近的地方。

另外，无论是高位水池还是低位水池，都应该设置在地势相对平坦的区域，这样在施工时，可以有效避免挖土填土，降低施工难度。同时，消防水池的周边区域山坡不能太陡峭，过大的坡度将会给消防给水管的敷设带来很大困难。

对于单向上坡或单向下坡隧道，消防水池通常设置在隧道口高程较高的那端，笔者在参与四川省雅安经石棉至泸沽高速公路工程项目2011年通车段隧道机电工程T4合同段中罗家山就是典型的单向下坡隧道，罗家山隧道单洞长度为2185米，在消防系统调试中，高程较高端隧道洞口消火栓出水压力为0.4MPa时；高程低端隧道洞口消火栓出水压力已经达到0.9MPa，喷水距离在30米左右，达到了设计要求，保证了隧道的安全运行。

对于人字坡的隧道，需要进行高程计算，一般以隧道内高纵坡处（海拔较高点）消火栓出水压力不低于0.4MPa为宜。若消防水池和隧道变电所同一端，高位水池要尽可能设置在高程高于变电所设置的一侧，这样使水泵房供电方便，成本会降低；若消防水池设置在隧道变电所另一端，水泵房供电不方便，成本会增加。

隧道消防用水量应按同一时间内的灭火次数和一次灭火用水量确定，一般情况下，按单洞同一时间内发生火灾次数为一次计算，以下是隧道消火栓用水量（单洞）：

四川省雅安经石棉至泸沽高速公路工程项目2011年通车段隧道机电工程T4合同段水消防的隧道为1000米以上，3000米以下的隧道，消防水池均采用300立方的水池。以罗家山隧道为例：消防系统设计要求：消防用水量Q=20L/S，隧道最高点消火栓压力保持0.63Mpa。系统试运行情况：系统压力设定值保持在0.5---0.7Mpa之间，当最高点消火栓压力低于0.5Mpa时，自动启动消防泵；当最高点消火栓压力高于0.7Mpa时，自动停止消防泵。经19mm水枪喷射实验，充实水柱长度大于15米，满足设计要求。

泵的选择

消防泵的选择按经济、安全、适用的原则，首先应根据工程项目中消防水泵房的位置、面积和消防给水系统的具体情况选择，确定消防水泵类型；消防水泵的流量和压力应根据隧道对消防水量和水压的要求经计算确定，临时高压消防给水系统的消防水泵应采用一用一备，零流量时的压力不应超过系统设计压力的140%，流量为水泵额定流量的150%时，压力不应低于水泵额定压力的65%，消防水泵的电机功率应满足水泵运行工况范围内的工作要求，所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率，既有良好的抗汽蚀性能，又使工程投资少，运行费用低。

稳压泵是消防系统平时维持压力的水泵，对系统起着监护作用和使系统具有自动控制的功能。稳压泵的压力可根据系统压力而确定，一般稳压泵的压力比主泵高0.1Mpa—0.2Mpa为宜。