CN110735463A - 一种超长隧道的消防供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长隧道的消防供水系统是针对天山隧道这类高寒高海拔的超长隧道消防供水系统的特殊设计：在隧道内合适的位置设置“隧道内高位水池”，并将隧道管网进行合理分区，每座高位水池供应相应分区的隧道消防用水，超长隧道虚拟化为若干个“短隧道”，解决了隧道内静高差过大导致的管网超压问题，有效地将复杂问题常规化和简单化。此外，隧道内的环境温度比隧道外高，距离洞口一定长度的隧道内高位水池、管道等消防设施几乎不存在冰冻问题，还可充分利用隧道内的结构渗水，这样就可解决隧道外设置高、低位水池存在水源、高、低位水池、管道冻结等一系列问题。

Description

一种超长隧道的消防供水系统

技术领域

本发明属于超长公路隧道消防系统技术领域，更具体涉及一种超长隧道的消防供水系统，适用于超长公路隧道的消防系统的供水。

背景技术

公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展。西部建设作为国家近几年基础建设的重点，其高海拔高寒成为设计施工中的一大难点。公路隧道消防供水系统设计分为隧道外供水系统和隧道内管网系统。隧道外供水系统通常分为如图1设置高位消防水池的恒高压供水系统、如图2设置低位消防水池-气压给水设备的稳高压消防供水系统。

隧道外设置高位消防水池的恒高压供水系统通常包括水源1、低位蓄水池2、水泵房3、顺次连通至高位水池4的蓄水管路，与高位水池4通过供水管道5连通的供水管网6，其原理示意图如图1，其中水源1通常采用市政自来水、深井水、山间溪流、河流水、围岩渗透水或泉水中的一种或组合。低位蓄水池2和水泵房3通常设置在隧道洞口附近，高位水池4设置在低位蓄水池2所在的隧道一端的山上，低位蓄水池2池底高程需满足设计高程，供水管网6位于隧道内。该供水系统的优点在于：隧道外高位水池4与隧道内供水管网6之间有满足设计要求的自然高差，系统形成恒定的重力流供水，一打开消火栓即有可满足设计压力及流量的消防用水量，供水安全、稳定可靠。其缺点在于：高位水池4通常位于隧道洞口附近高达50m以上的山体上，还需要设置上、下山供水管道5、检修便道等设施，需要额外征地，有可能存在破坏植被、造成山体滑坡等风险。

隧道外稳高压供水系统通常包括顺次连通的水源1、低位蓄水池2、水泵房3、供水管网6，其原理示意图如图2，其中水源1通常采用市政自来水、深井水、山间溪流、河流水、围岩渗透水或泉水中的一种或组合。低位蓄水池2和水泵房3通常设置在隧道洞口附近，水泵房3内设置气压给水设备，自低位蓄水池2吸水加压后直接供给隧道内的供水管网6。该供水系统的优点在于：与恒高压供水系统相比，系统仅需要在隧道洞口设置一座低位蓄水池2及一套气压给水设备，不需要设置高位水池4、检修便道、上、下山供水管道5等设施，减少了管道铺设造价相对较低、占地较少，对环境的破坏较小。其缺点在于：系统平时采用气压给水设备给供水管网6稳压，发生火灾时必须开启消防主泵才能提供满足设计流量和压力要求的消防用水量，气压给水设备需常年开启，一旦火灾时主泵故障或断电，将无法提供满足设计流量和压力要求的消防用水量，供水安全可靠性低，后期运营维护管理工作量大，电费较高。

对于常规公路隧道，隧道消防给水宜优先采用隧道外设置高位水池4的恒高压供水系统，当无条件设置高位水池4时，可采用稳高压供水系统。

对于高寒高海拔的公路隧道来说，通常采用将隧道外消防设备设施设置在冰冻线以下的方法来达到防冻保温的目的，但由于高位水池通常高程较高，冰冻线较深，施工困难，资料显示青藏公路昆仑山北坡、西藏北部安多地区永久冻土层厚达80～100米，天山腹地冻土深度曾达到4米以上，故这类隧道一般采用稳高压的供水系统给隧道内消防管网供水。

随着国家西部基础建设的快速推进，越来越多的高寒高海拔公路隧道涌现，而在路线选择上，一些项目为了大幅缩短全线的路线长度，会出现很多5km以上的特长隧道，甚至是10km以上的超长隧道，这类超长隧道的典型特点在于隧道长、隧道内静高差大，对于隧道消防系统的设计来说，还存在消防设备设施防冻保温的问题难以解决，以下以新疆乌尉高速为例说明这类隧道消防系统设计的重难点。

新疆乌尉高速项目建设起点位于乌鲁木齐市G30仓房沟互通式立体交叉西侧，与规划西绕城高速公路西山南互通相接，局部利用已建的G216一级公路相接作为本项目主线。路线总体由北向南顺大西沟朔流而上、沿途经永丰乡、前峡、后峡，在望峰道班设特长隧道穿越胜利达坂，进入和静县辖区，沿乌斯托沟至乌拉斯台，紧接着顺‘乌拉斯台河’和‘哈布奇哈河’顺流而下，经胜利桥、巴伦台、金特钢铁厂至黄水沟水文站，随后进入戈壁平原区，经21团场西、七个星镇东，在紫泥泉跨越和库高速公路至塔什店，穿库鲁克塔格山，跨吐库铁路，沿库尔勒规划区的东侧布线，止于尉犁县东侧琼库勒村。

单洞长度约21km的天山超长隧道为本条高速公路的特大控制性工程，其位于海拔高度3000米以上，隧道内的最大静高差达到235m，坡度0.64°，其水消防系统的设计是隧道附属工程设计的关键。

本项目沿线隧道的主要特点有：1)隧道数量多，沿线共20座隧道；2)单座隧道均较长，其中天山隧道单洞长约21km；3)坡度缓，坡度0.64°；4)高寒、高海拔，达3000米以上，天山北坡历史平均气温2～3℃，冬季平均气温-10～-12℃、5)冻土线深，施工难度大，平均冻土深度约3米，局部冻土深度达到17米；6)隧道桥隧比高，洞口空间有限。

针对项目特点，本项目沿线常规隧道消防系统设计的初步难点有：1)隧道外供水系统的选择，设置恒高压系统还是稳高压系统。2)本项目隧道数量多、桥隧比高，大部分隧道洞口不具备建设水泵房和消防水池的条件。3)项目所在地的冰冻季节长，冻土很深，在隧道外设置消防水池、泵房、消防管道等设备设施的防冻保温问题很难解决。4)隧道消防的水源选择地表水还是地下水。

对于单洞长度约21km的天山隧道，消防系统设计除上述难点以外，还存在如下初步设计难点：

1、隧道外无适宜的消防水源

常规项目隧道的消防水源通常采用市政自来水、地表水(山间溪流、河流水、围岩渗透水或泉水)、地下水(深井水)中的一种或组合。

对于天山超长隧道，隧道附近无市政自来水，如采用隧道外地表水(山间溪流、河流水或泉水)，则在冬季存在地表水会冻结、输水管道埋设太深、敷设困难等问题；如采用地下水，则存在地下水需要勘探水源埋藏深度、输水管道埋设太深、敷设困难等问题。此外，隧道外设置消防水源最大的难题是地表水源和地下水源均须设置潜水加压泵将水输送至隧道内，天山隧道内的最大静高差达到235m，导致潜水加压泵的扬程最大可能达到300多米，输水管道无法承受这么大的压力。

2、常规的消防供水系统在本项目中难以实施

1)隧道外恒高压供水系统

根据《公路隧道设计规范第二分册交通工程及附属设施》(JTD70/2-2014)，隧道消防给水宜采用高位消防水池供水的恒高压供水系统；当无条件设置高位水池时，可采用稳高压供水系统。公路隧道中常规的隧道消防供水系统通常为隧道外恒高压和稳高压供水系统。本隧道地处高寒地区，如采用隧道外恒高压供水系统，隧道内消防管网最多分为两个区共两个环网，隧道两端的高位水池分别供给一个区的消防用水，但隧道内最大静高差高达235m(纵面为人字坡)，根据水力计算，隧道小桩号端的高位水池对于隧道内管网为逆向上坡供水，池底高程须克服150米的高差及10千米的水头损失再加上40米的最不利点供水压力，高位水池的池底距离隧道洞口的高差高达250米左右，无法设置此高位水池。隧道大桩号端的高位水池须克服23m的高差及5千米的水头损失再加上40米的最不利点供水压力，应设置在距离洞口高差至少100米以上的高山上。根据主体资料，隧址区极端最低气温达-43.4℃，平均冻土深度约3米，局部冻土深度达到17米，将高位水池埋设到冻土线以下来达到防冻保温的常规方法难以实施，且高位水池通常位于山上，因地形陡峭、覆土结冰等原因，施工难度很大。同样，上、下供水管道的防冻问题也难以解决，管线系统即使有一小段冻结，整个管路将无法通水，供水可靠性很低。综合考虑以上因素，隧道外恒高压供水方案不可行。

2)隧道外稳高压供水系统

隧道外稳高压供水系统，即采用设置在隧道洞口附近的气压给水设备自低位蓄水池吸水直接加压供给隧道消防用水的供水方案，对于一般的公路隧道，稳高压供水系统的隧道内管网通常为一个大的环网，供水系统为一个区，供水泵组直接吸水加压供给环网。天山隧道为长度约21km的单坡隧道，隧道两端洞口路面的高差约235m，如果隧道内仅设置一个大的环网，按照隧道内供水干管为DN200，隧道最不利点供水压力为0.4MPa计算,隧道最远点的静水压力达到2.35MPa，供水动压达到1.9MPa，超过了常规的消防主干管(钢管)的公称压力1.6MPa，如使用公称压力更高的管道(例如2.5MPa)，容易造成管道漏损甚至爆管等事故，且消火栓出水压力过高，灭火时难以把控操作，甚至会误伤到消防人员，危及到隧道的运营安全。

综上所述，对于长度约21km的天山超长隧道，其位于海拔高度3000米以上，常年有冻土，平均冻土深度约3米，局部冻土深度达到17米，坡度缓，该隧道如果按照常规设计在隧道外直接设置高、低位水池、泵房、管网等的恒高压或稳高压供水系统，一是消防水源存在较大的问题：地表水会冻结，地下水的深度需要勘探，且潜水加压泵的扬程过高和输水距离过长；二是高、低位水池、泵房、隧道外管道的防冻问题很难解决；三是如果在隧道外设置高、低位水池，隧道内的管网分为两个区，高位水池的池底高程会很高，隧道内管网的静压、动压太大，容易造成管道漏损甚至爆管等事故，危及到隧道的运营安全。常规公路隧道的消防供水系统方案在天山隧道这种高寒高海拔的超长隧道中无法实施。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是在于为长度超过9.89km，高差超过198.89m，长时间环境温度低于0℃，冻土层深度大于3米的超长隧道提供一种消防供水系统，结构简单，使用方便，解决消防水池因环境温度低导致冰冻的问题、高海拔地区冻土厚消防水池难以挖掘施工的问题、隧道内高差太大、消防管网内静压超压的问题，同时提供施工和维护成本最低的消防供水系统。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种超长隧道的消防供水系统，包括隧道、服务隧道,所述隧道与服务隧道平行，该隧道两端洞口路面的高差大于198.89m，纵坡坡度不大于2％，纵坡长度大于9.89km，该隧道外山区温度常年低于0℃，山区冻土厚度大于3米，其中，所述隧道具有透水材料修建的衬砌和隔水材料铺设的路面，所述服务隧道具有低于隧道路面的下层管廊路面和低于下层管廊路面的排水沟，所述隧道一侧边墙通过倾斜向下的运输通道连通服务隧道，所述隧道和服务隧道按通风竖井分为若干隧道区段，每个隧道区段内的排水沟低点位置设置蓄水池，每个隧道区段内的服务隧道通过运输通道连通高位水池洞室，各高位水池洞室地面与各隧道区段内的隧道地面高点位置的高度差为H，H＝30～100m，各高位水池洞室内布置高位水池，运输通道内铺设连通高位水池和布置于蓄水池中的潜水加压泵的上水管道，各高位水池通过供水管道连通布置在对应隧道区段内的供水管网提供消费用水。

进一步地，每个隧道区段内在每座蓄水池处设置取水口和供水口，便于运水车从蓄水池取水和向蓄水池供水。

进一步地，所述运输通道坡度不大于30％，便于运水车经运输通道向高位水池运水。

进一步地，所述隧道区段中位于隧道起始洞口处的起始隧道区段的纵坡坡度小于剩余隧道区段的纵坡坡度，其中纵坡坡度＝tan(θ)×100％,θ为纵坡倾斜角，起始隧道区段与相邻隧道区段内的两段供水管网共用连通该相邻隧道区段对应的高位水池，该高位水池所在高位水池洞室地面与起始隧道区段内的隧道地面高点位置的高度差H’＝H+sin(θ)×L,L为起始隧道区段的长度。

本发明以新疆乌尉高速的天山隧道为例，其技术构思是：在隧道内设置有3座通风竖井，参照通风系统利用通风竖井进行分区(4个区段)的方式，将消防供水系统也分为4个区，分区桩号范围同通风系统(通风的分区较为均匀)。其思路是自服务隧道内开挖一条运输通道(兼做管道敷设场地、检修便道、送排风通道等用途)通往高位水池所在的洞室，1#高位水池(即设置在1#通风竖井旁边的高位水池，其余高位水池类同)与隧道内地面高差约46米，2#高位水池与隧道内地面高差约46米,3#高位水池与隧道内地面高差约64米(区段3和区段4共用高位水池),三座高位消防水池供给隧道内4个分区的消防用水，为重力流恒高压供水，水源取自隧道内的结构渗水，即利用隧道平导洞下层管廊内排水沟收集的结构渗水，并在下层管廊适当位置设置蓄水池，蓄水池中设置潜水加压泵将水源抽至高位水池。为保证供水系统的可靠性，设计中拟在每座低位水池处设置取水口和供水口，用于极端缺水情况下，采用运水车给蓄水池灌水，或从蓄水池取水。蓄水池的溢水、泄水均溢流自导洞下层的排水沟排走，高位水池的溢水、泄水自运输通道的排水边沟排走。运输通道及高位水池洞室内均设置配套送排风、照明系统及排水系统。

所述的运输通道断面宽度为：4.7m；净空高度为：6.2m；

所述的运输通道坡度不大于30％；

所述的洞室面积为：20m(长)×12.5m(宽)；

所述的洞室断面宽度为：12.5m；净空高度为9.25m；

所述的高位水池及运输通道排水边沟的尺寸为15cm×15cm。

所述的高位水池均设有进水管、出水管、放空管、溢流管、通气管，高、低位水池附属的检修孔、铁梯、穿墙管、穿墙管加固、水管吊架、通风孔等均参见《矩形钢筋混凝土蓄水池》(05S804)。低位蓄水池进出口处设格栅以防止浮流物阻塞管道。高位水池池底的标高能使隧道供水管网最不利点处有不小于0.4MPa的压力。蓄水池的水经水泵提升至高位水池，而后由高位水池通过2根出水管向隧道环状供水管网供水。管网保持常有水状态，一旦发生火灾，即可投入使用。

高位水池内设置防雷型不锈钢消防水池液位传感器，用于水位的超高、超低报警，将报警信号传输给控制柜，再由控制柜控制水泵的启停。当水位降低至最低水位阈值时，启动潜水加压泵补水，当水位上升至最高水位阈值时，停止潜水加压泵补水。潜水加压泵控制柜设置在潜水加压泵井室内，潜水加压泵软起控制、具备低频自动循检功能；潜水加压泵控制柜通过光纤与水泵房PLC通信并受PLC控制；高位水池水位传感器的控制电缆随DN100水管道布置。

潜水加压泵出水管设置远传压力表，用于监视水泵工作时供水压力是否正常，深井内设置液位传感器用于实时水位变化。所有的采集数据送入水泵控制柜。

所述的送排风系统为在运输通道及高位水池洞室内设置轴流风机+风管系统。

所述的照明系统为在运输通道内及高位水池洞室内设置LED照明系统及应急照明系统。

所述的排水系统为在高位水池洞室及运输通道内设置排水边沟，将结构渗水引至服务隧道的排水沟内，同时高位水池的溢流水及放空水引流至服务隧道的排水沟内。

本发明的特点在于，隧道内最大高差约235m，在隧道内合适的位置设置“隧道内高位水池”，并将隧道消防管网进行合理分区，每座高位水池供应相应分区的隧道消防用水，超长隧道的供水系统被分割为若干个“短隧道”，解决了隧道内静高差过大导致的管网超压问题，此外，隧道内的环境温度比隧道外高，距离洞口一定长度的隧道内几乎不存在供水管道结冻的问题，还可充分利用隧道内的结构渗水，能为消防管道提供水源，更为重要的是“隧道内高位水池”安装在高位水池洞室内，高位水池洞室内与隧道通过运输通道连通，在向高位水池供水故障时，可通过运水车辆经运输通道向高位水池供水，维修人员也可从运输通道进入高位水池洞室进行维修检查，便于应急和故障维护，同时开挖运输通道，并铺设连通高位水池的供水管道的建造成本最低，维修成本最低。

与现有技术相比，本发明为公路隧道消防设计的行业首创，主要优点在于：

(1)供水安全可靠性方面：天山隧道全线采用重力流恒高压供水，管网内保持常年有水、水压稳定、打开消火栓即出水、无需加压和人员看管、供水系统安全可靠，后期维护管理工作量小。且隧道内消防管网为分区供水，每个管网相对独立，将全线235m的静高差分摊至三个环网，每个环网的静高差约为65m，大大减小了管网超压供水的风险。水源取自隧道内的结构渗水。结构渗水较为稳定可靠，可满足消防用水要求。

(2)防冻保温方面：天山隧道的高、低位水池、水源、潜水加压泵均设置于隧道内，隧道内气温相对于隧道外较高，消防设备设施不存在结冰冻结的风险，不需要额外设置防冻保温措施。

(3)施工难度方面：高、低位水池、运输通道均在隧道内施工，与隧道土建主体工程同步实施，土建施工单位统筹考虑施工方法工艺，避免在隧道外二次开挖山体导致雪崩、滑坡、破坏污染环境等风险，大大降低了施工难度。

(4)经济性方面：省去了消防泵房及隧道外保温材料，水池土建施工一次投资，每个分区只需修建一条运输通道及一座高、低位水池，大大降低了工程投资，且在后期易于维护，具有不可比拟的经济性。

(5)环保方面：本项目位于二级水源保护区及冰川保护区，在隧道洞口修建水池，不仅会破坏冰川，造成当地生态环境的失衡，而且修建水池产生的废弃物也容易造成水源的污染。

因此，本发明对我国推进高寒高海拔超长公路隧道的建设，解决附属工程的设计难题，提高隧道防灾救援的可靠性，推进我国现代化交通事业的全面发展，具有重要的意义。

附图说明

图1为恒高压供水系统示意图；

图2为稳高压供水系统示意图；

图3为一种超长隧道消防供水系统的纵剖面示意图；

图4为一种超长隧道消防供水系统高位水池运输通道的净空断面图；

图5为一种超长隧道消防供水系统高位水池洞室衬砌净空断面图；

图6为一种超长隧道运输隧道、服务隧道与横洞剖面图；

图7为一种超长隧道消防供水系统总透视图。

其中各数字及符号的意义如下：

1—水源，2—低位蓄水池，3—水泵房，4—高位水池，5—下山供水管道，6—供水管网，7—供水管道，9—运输通道，10—上水管道，11—高位水池洞室，12—排水边沟，,14—左隧道，16—右线隧道，17—服务隧道，18—下层管廊，20—排水沟，28—取水口，29—供水口，27—蓄水池，L1#—1#区段长度5395m、高差86m、水平长度5.5km，L2#—2#区段长度5950m、高差97m、水平长度5.5km，L3#—3#区段长度6000m、高差53m、水平长度5km，L4#—4#区段长度3555m、高差23m、水平长度5km。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以新疆乌尉高速的天山隧道为例，来说明本发明的具体实施方式。

本发明内容在确定前的三种供水方案比选如下，对比于其他必选方案，本发明的技术方案具有显著的建造成本和维护成本优势，并非显而易见：

实施例1：利用通风竖井旁边设置高位水池的方案(最优方案)如图6所示，左隧道14、右隧道16总长均为21km，两条隧道的两端高度差235m，坡度为0.26°～0.64°，沿两条隧道纵向方向每米高差11mm/m，两条隧道平均海拔高度3000m，隧道外环境温度长时间低于0℃，隧道外冻土层厚超过3～17m，平行于左隧道14和右隧道16延伸方向，在两条隧道之间设有开挖有一条服务隧道17，服务隧道17的下层管廊路面低于左隧道14和右隧道16的路面19，左隧道14和右隧道16的路面在靠近服务隧道17侧，各通过倾斜向下的运输通道18连通服务隧道17，服务隧道17的下层管廊路面中间设有排水沟20，左隧道14、右隧道16和服务隧道17的路面采用隔水材料铺设，路面以上的左隧道14、右隧道16和服务隧道17的衬砌13结构为渗水材料，排水沟20用于收集左隧道14、右隧道16和服务隧道17顶部的结构渗水。

如图7和图3，在左隧道14、右隧道16旁内设置有3座通风竖井35，参照通风系统利用通风竖井21进行分区(4个隧道区段)的方式，将左隧道14、右隧道16也分为4个区，隧道区段桩号范围同通风系统(通风的分区较为均匀)。在每个隧道区段内自服务隧道17内开挖一条运输通道9通往高位水池洞室11，兼用于管道敷设场地、检修便道、送排风通道等用途，4-1#高位水池，即设置在35-1#通风竖井35旁边的高位水池洞室11内的高位水池4，服务隧道17下层管廊18在靠近运输通道9的位置设置400T容量的蓄水池27，蓄水池27中设置潜水加压泵将水沿运输通道9内的上水管道10抽至高位水池4，左隧道14、右隧道16及运输通道9内铺设环形供水管网6，蓄水池17通过运输通道9内的供水管道7与供水管网6连通。

其余高位水池类同，与服务隧道17内路面高差约46米，35-2#高位水池与服务隧道17内路面高差约46米,35-3#高位水池与服务隧道17内路面高差约64米，3#隧道区段和4#隧道区段(起始隧道区段)共用35-3#高位水池,35-1#和35-2#高位水池供给左隧道14和右隧道16内对应隧道区段的供水管网6消防用水，35-3#高位水池供给3#隧道区段和4#隧道区段的供水管网6提供消防用水，均为重力流恒高压供水，水源取自隧道内的结构渗水，即利用服务隧道17平导洞下层管廊内排水沟20收集的结构渗水。为保证供水系统的可靠性。

每个隧道区段内在每座蓄水池27处设置取水口28和供水口29，用于断电后高位水池4缺水情况下，采用运水车给高位水池4和蓄水池27灌水。低位水池的溢水、泄水均溢流自平导洞下层管廊18的排水沟20排走，高位水池4的溢水、泄水自运输通道9的排水边沟12排走。运输通道9及高位水池洞室11内均设置配套送排风、照明系统及排水系统。

本供水方案的优点为：重力流恒高压供水，省去了消防泵房，水池土建施工一次投资，供水管网6内保持常年有水、水压稳定、打开消火栓即出水、无需加压和人员看管、供水系统可靠不受隧道外低温冷冻结冰影响，供水系统安全，管道内压力远低于1.9MPa，使用时不会造成人员伤亡，供水管道7和上水管道10长度短，运输管道的坡度若为16°42"，上水管道长度为162.7～226.4m，造价低，且将蓄水池27内的水运往高温水池4也仅需162.7～226.4m管道阻力小，后期维护管理工作量小，输水运行成本低，水源取自隧道内的结构渗水。结构渗水较为稳定可靠，可满足消防用水要求。

实施例2：利用平行导洞内设置低位消防水池+恒压消防泵组的供水方案

根据主体资料，本左隧道14、右隧道16之间设置有疏散救援用的服务隧道17，该服务隧道17平行导洞下层管廊18的路面下设置有主体结构的排水沟20，且开挖的空间可设置消防水池2及水泵房3，将左隧道14、右隧道16内供水管网6分为4个区，消防水池2布置在排水沟20位于每个区的低点，消防水池2通过水泵房3及上水管道10连通供水管网6，分区桩号同实施例1，第1、2、3分区均设置一座400立方米的消防水池2及一套恒压消防泵组3，第4分区共用第3分区的消防水池及恒压泵组。发生火灾时，恒压消防泵组3自消防水池2吸水加压供给隧道内的供水管网6消防用水。水源取自隧道的结构渗水，即排水沟20内收集的水，消防水池2溢流及泄水的水均排至平导洞的排水沟。

本供水方案的优点为：消防水池2设置于平行导洞内，不占用外部空间，消防水池、水泵房、上水管道的施工、检修均较容易。

本供水方案的缺点为：供水系统为稳高压供水系统，平时由稳压泵维持供水管网的压力，发生火灾时需要机械加压才能给隧道供水管道提供足够的水量和水压。为维持供水管道常年有压，稳压泵需常年开启，耗电量大，且消防泵房设置于平行导洞下层的管廊空间，通风条件差、阴暗潮湿，水泵机组易生锈腐蚀，主泵及稳压泵均易损坏，消防供水泵组需要定期维护、检修，后期维护管理费用高，供水安全可靠性较差，尤其在隧道发生火灾后随时有可能断电，在隧道内采用电力驱动的稳压泵维持供水压力，可靠性低。

实施例3：利用3个通风竖井旁边设置高位水池+平行导洞内设置高位消防水池相结合的供水方案

本供水方案与实施例1的不同之处在于，在服务隧道的平行导洞内设置4座400立方米的高位水池替代实施例1中高位水池洞室内的高位水池。由于本隧道及服务隧道的纵坡很长，隧道内最高点与最低点的高差达到230多米，借此可充分利用隧道纵坡高差产生的自然压力，在隧道平行导洞内的合适位置设置高位水池。经过计算，每个分区的高位水池设置于距离该分区低点4000米处，服务隧道平行导洞的下层管廊也布置排水沟和位于低点的蓄水池，蓄水池内布置潜水加压泵，由潜水加压泵吸水，经沿服务隧道纵向方向逆向上升的上水管道向服务隧道内的高位水池供水，高位水池与每个分区中的供水管道连通。

本供水方案的优点为：整个供水系统为恒高压重力流供水方案。

本供水方案的缺点为：供水系统共分了四个区，其中服务隧道内的4座高位水池分别供水至分区一、分区二、分区三及分区四。需要DN200的管道共4000*2*4＝32000米，分区与分区之间的重复管道太多，管道的造价更高，且高位水池至蓄水池的上水管道太长，管道接头太多，故障及漏水点太多，管道敷设错综复杂，供水安全可靠性很差。在隧道内停电时，通过运水车从蓄水池向高位水池运水所需时间较实施例1长20倍以上，在火情紧急时救火刻不容缓，延长运水时间将造成更大的灾害损失。

实施例4：利用通风竖井内侧壁设置高位水池的供水方案此供水方案与实施例1相比，高位水池的位置全部调至通风竖井35内侧壁扩挖的洞室，此供水系统的优点在于系统的造价较低，缺点在于无专用的运输通道及检修便道，在应急时为高位水池供水，高位水池的进水管道、出水管道须沿通风竖井侧壁敷设及固定，安装及维护检修不方便，管理人员对高位水池检修只能通过通风竖井侧壁设置的高达40～70米的爬梯上下，危险系数高，且高位水池洞室的配电、照明、排水等设施设置困难。

经过比选，天山隧道的供水系统推荐采用实施例1。

所述的通往高位水池的运输通道断面宽度为：4.7m；净空高度为：6.2m；

所述的通往高位水池的运输通道坡度不大于30％；

所述的高位水池洞室面积为：20m(长)×12.5m(宽)；

所述的高位水池洞室断面宽度为：12.5m；净空高度为9.25m；

所述的高位水池及运输通道排水边沟的尺寸为15cm×15cm；

该隧道两端洞口路面的高差大于198.89m，隧道纵坡坡度为0.836％～2％时，隧道纵坡长度大于9.89km。

Claims (4)

1.一种超长隧道的消防供水系统，包括隧道、服务隧道,所述隧道与服务隧道平行，其特征在于，该隧道两端洞口路面的高差大于198.89m，纵坡坡度不大于2％，纵坡长度大于9.89km，该隧道外山区温度常年低于0℃，山区冻土厚度大于3米，其中，所述隧道具有透水材料修建的衬砌和隔水材料铺设的路面，所述服务隧道具有低于隧道路面的下层管廊路面和低于下层管廊路面的排水沟，所述隧道一侧边墙通过倾斜向下的运输通道连通服务隧道，所述隧道和服务隧道按通风竖井分为若干隧道区段，每个隧道区段内的排水沟低点位置设置蓄水池，每个隧道区段内的服务隧道通过运输通道连通高位水池洞室，各高位水池洞室地面与各隧道区段内的隧道地面高点位置的高度差为H，H＝30～100m，各高位水池洞室内布置高位水池，运输通道内铺设连通高位水池和布置于蓄水池中的潜水加压泵的上水管道，各高位水池通过供水管道连通布置在对应隧道区段内的供水管网提供消费用水。

2.根据权利要求1所述的一种超长隧道的消防供水系统，其特征在于，每个隧道区段内在每座蓄水池处设置取水口和供水口，便于运水车从蓄水池取水和向蓄水池供水。

3.根据权利要求1所述的一种超长隧道的消防供水系统，其特征在于，所述运输通道坡度不大于30％，便于运水车经运输通道向高位水池运水。

4.根据权利要求1所述的一种超长隧道的消防供水系统，其特征在于，所述隧道区段中位于隧道起始洞口处的起始隧道区段的纵坡坡度小于剩余隧道区段的纵坡坡度，其中纵坡坡度＝tan(θ)×100％,θ为纵坡倾斜角，起始隧道区段与相邻隧道区段内的两段供水管网共用连通该相邻隧道区段对应的高位水池，该高位水池所在高位水池洞室地面与起始隧道区段内的隧道地面高点位置的高度差H’＝H+sin(θ)×L,L为起始隧道区段的长度。

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