技术领域
[0001] 本实用新型属于交通运输与设备技术领域，具体涉及一种超长公路隧道分区供水消防系统。
背景技术
[0002] 对于公路隧道尤其是山岭隧道，一般采用设置高位消防水池的重
力常高压给水方案，具体采用的方案为：在隧道内
侧壁沿隧道长度方向设置消防管道，消防管道上每隔一定距离安装消火栓；在隧道外部设置高位水池，高位水池与消防管道连通，从而实现高位水池对消火栓的加压供水。
[0003] 然而，上述消防系统在超长隧道(约10km)、高差过大隧道(高差超过100m)或者长距离人字坡隧道存在以下不足：
[0004] (1)对于超长隧道，由于消防管道需要布置的长度较长，供水距离太长，因此，消防管道上安装的
阀门数量过多，水
管接头过多，以10km隧道为例，通常需要安装800个左右的阀门，3600个左右的水管接头，因此，供水可靠性差，一旦某个
位置的消防管道破裂或者阀门损坏时，会导致整个消防系统瘫痪；
[0005] (2)对于高差过大隧道，消防管道上需要设置多道减压阀，由于减压阀对水质要求较高，在野外环境下容易阻塞过滤孔，导致减压阀失效。一旦减压阀失效，水管就会爆裂，导致整个消防系统瘫痪；因此，一方面，供水可靠性差；另一方面，需要经常对减压阀进行维护和保养，成本高；
[0006] (3)对于长距离人字坡隧道，单端设置高位水池，对于远离高位水池侧的消火栓存在压力不足或者超压问题。为保证消防供水要求，需要在另一端单独设置一套消防系统，需要消防水源，消防
泵房，水池等。对于山岭隧道水源、泵房等设置条件受限的区域，需要很大代价才能满足要求，因此，布置成本高。
[0007] 因此，研究一种满足超长隧道等复杂隧道在内的高可靠性的供水消防系统，是目前迫切需要解决的事情。实用新型内容
[0008] 针对
现有技术存在的
缺陷，本实用新型提供一种超长公路隧道分区供水消防系统，可有效解决上述问题。
[0009] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0010] 本实用新型提供一种超长公路隧道分区供水消防系统，包括：左线隧道消防管道(1)、右线隧道消防管道(2)、第一横向联络管道(3)、第二横向联络管道(4)、第三横向联络管道(5)、第四横向联络管道(6)、洞内转换水池(7)、高位消防水池(8)、蓄水池(9)和深井(10)；
[0011] 在左线隧道的管沟，沿隧道行车方向固定安装所述左线隧道消防管道(1)；在右线隧道的管沟，沿隧道行车方向固定安装所述右线隧道消防管道(2)；所述左线隧道消防管道(1)的前端与所述右线隧道消防管道(2)的前端通过所述第一横向联络管道(3)连通；所述左线隧道消防管道(1)的后端与所述右线隧道消防管道(2)的后端通过所述第二横向联络管道(4)连通；由此使所述左线隧道消防管道(1)、所述第一横向联络管道(3)、所述右线隧道消防管道(2)和所述第二横向联络管道(4)首尾相接形成消防供水环路；其中，所述第一横向联络管道(3)、所述第二横向联络管道(4)、所述第三横向联络管道(5)和所述第四横向联络管道(6)均安装在路面之下；
[0012] 在所述左线隧道消防管道(1)和所述右线隧道消防管道(2)之间，按从前端向后端方向，每隔设定间距依次横向安装所述第三横向联络管道(5)和所述第四横向联络管道(6)；其中，所述第三横向联络管道(5)的两端分别与所述左线隧道消防管道(1)和所述右线隧道消防管道(2)连通；所述第四横向联络管道(6)的两端分别与所述左线隧道消防管道(1)和所述右线隧道消防管道(2)连通；通过所述第三横向联络管道(5)和所述第四横向联络管道(6)的设置，将所述消防供水总环分割为后端供水子环(B1)、中部连通子环(B2)以及前端供水子环(B3)；
[0013] 其中，在所述左线隧道消防管道(1)上面，并且属于所述中部连通子环(B2)的区域安装第1
电磁阀(11)；在所述右线隧道消防管道(2)上面，并且属于所述中部连通子环(B2)的区域安装第2电磁阀(12)；
[0014] 所述洞内转换水池(7)的补水端通过补水管(13)与所述左线隧道消防管道(1)的补水点连通，其中，所述补水点位于所述中部连通子环(B2)上，并且位于所述第1电磁阀(11)的前端；在所述补水管(13)上面安装第3电磁阀(14)；所述洞内转换水池(7)的供水端通过第1供水管(15)与所述左线隧道消防管道(1)的供水点连通；其中，所述供水点位于所述后端供水子环(B1)上面；在所述第1供水管(15)上安装第5电磁阀(32)。
[0015] 所述高位消防水池(8)、所述蓄水池(9)和所述深井(10)均安装于隧道外部；所述深井(10)和所述蓄水池(9)之间布置第2供水管(16)，所述深井(10)内安装深井泵(17)，所述深井泵(17)通过所述第2供水管(16)向所述蓄水池(9)供水；所述高位消防水池(8)和所述蓄水池(9)之间布置第3供水管(18)，所述蓄水池(9)内安装输水泵(19)，所述输水泵(19)通过所述第3供水管(18)向所述高位消防水池(8)供水；所述高位消防水池(8)的输水端通过第4供水管(30)与所述前端供水子环(B3)连通；所述第4供水管(30)的输出端安装第4电磁阀(31)。
[0016] 优选的，所述洞内转换水池(7)内安装第1液位计(20)；所述高位消防水池(8)内安装第2液位计(21)；所述蓄水池(9)内安装第3液位计(22)；
[0017] 所述第1液位计(20)、所述第2液位计(21)、和所述第3液位计(22)的输出端均与系统控制平台相连接；所述系统控制平台的输出端分别与所述第1电磁阀(11)、所述第2电磁阀(12)、所述第3电磁阀(14)、所述第4电磁阀(31)和所述第5电磁阀(32)相连接。
[0018] 优选的，在左线隧道和右线隧道的不同位置，安装若干个
火灾探测器；所述火灾探测器的输出端连接到所述系统控制平台。
[0019] 优选的，在所述第4供水管(30)上安装
过滤器(23)。
[0020] 优选的，在所述第4供水管(30)上安装缓闭止回阀(24)。
[0021] 优选的，所述左线隧道消防管道(1)和所述右线隧道消防管道(2)上面，均沿隧道长度方向安装多个洞内消火栓(25)；
[0022] 所述洞内转换水池(7)内设置与所述第1供水管(15)连通的加压泵(29)。
[0023] 优选的，所述第一横向联络管道(3)和所述第二横向联络管道(4)上面，均安装有洞外消火栓(26)和水泵接合器(27)。
[0024] 优选的，所述第一横向联络管道(3)和所述第二横向联络管道(4)的端部，安装有放空阀/排气阀(28)。
[0025] 本实用新型提供的一种超长公路隧道分区供水消防系统具有以下优点：
[0026] 本实用新型通过在隧道内设置洞内转换水池，将隧道水消防系统可以分成两个或多个既相互独立又可以联通的消防供水系统，提高隧道消防系统的可靠性，解决了系统超压、供水距离过长可靠性差的问题。
附图说明
[0027] 图1为本实用新型提供的一种超长公路隧道分区供水消防系统的布置方式示意图。
具体实施方式
[0028] 为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0029] 对于单坡隧道，隧道水消防系统一般采用高位水池的稳高压供水系统，火灾工况下，利用高位水池与消火栓之间的高差实现对隧道的消防加压供水。但该方案，供水距离过长，一旦中间管道出现问题，或者减压系统失效会造成整个系统的瘫痪，影响隧道的运营安全。本实用新型针对超长隧道或者出入口高差过大的隧道，解决了单端供水超压，系统可靠性差的技术难题。本实用新型通过在隧道内设置洞内转换水池，将隧道水消防系统可以分成两个(或多个)既相互独立又可以联通的消防供水系统，提高隧道消防系统的可靠性，解决了系统超压、供水距离过长可靠性差的问题。该方案具有系统构成简单、控制灵活，后期维护量小等突出优点。该方案能够有效提高隧道水消防系统的可靠性，可应用于超长隧道(约10km)、高差过大的隧道(高差超过100m)或者长距离人字坡隧道(单侧供水存在水压不足或者超压问题)等。
[0030] 本实用新型提供的超长公路隧道分区供水消防系统以及供水消防方法具有以下优点：
[0031] (1)解决了供水距离太长(以10km隧道为例)，阀门数量过多(约800个)，水管接头过多(约3600个)造成的供水可靠性差的技术难题；
[0032] (2)解决了减压阀对水质要求高，山岭隧道容易失效，造成水管崩裂的技术难题。传统方案中，隧道进出口高差过大需要设置多道减压阀，由于减压阀对水质要求较高，在野外环境下容易阻塞过滤孔，减压阀对静压减压效果差。一旦减压阀失效，水管就会爆裂，需要经常对其进行维护和保养；
[0033] (3)解决了对于长距离人字坡隧道，为解决超压和欠压，需要两侧设置高位水池进行供水的问题，减少了工程投资和系统维护量。
[0034] 本实用新型提供一种超长公路隧道分区供水消防系统，参考图1，包括：左线隧道消防管道1、右线隧道消防管道2、第一横向联络管道3、第二横向联络管道4、第三横向联络管道5、第四横向联络管道6、洞内转换水池7、高位消防水池8、蓄水池9和深井10；
[0035] 在左线隧道的管沟，沿隧道行车方向固定安装左线隧道消防管道1；在右线隧道的管沟，沿隧道行车方向固定安装右线隧道消防管道2；
[0036] 左线隧道消防管道1的前端与右线隧道消防管道2的前端通过第一横向联络管道3连通；左线隧道消防管道1的后端与右线隧道消防管道2的后端通过第二横向联络管道4连通；由此使左线隧道消防管道1、第一横向联络管道3、右线隧道消防管道2和第二横向联络管道4首尾相接形成消防供水环路；其中，第一横向联络管道3、第二横向联络管道4、第三横向联络管道5和第四横向联络管道6均安装在路面之下；
[0037] 在左线隧道消防管道1和右线隧道消防管道2之间，按从前端向后端方向，每隔设定间距依次横向安装第三横向联络管道5和第四横向联络管道6；其中，第三横向联络管道5的两端分别与左线隧道消防管道1和右线隧道消防管道2连通；第四横向联络管道6的两端分别与左线隧道消防管道1和右线隧道消防管道2连通；通过第三横向联络管道5和第四横向联络管道6的设置，将消防供水总环分割为后端供水子环B1、中部连通子环B2以及前端供水子环B3；
[0038] 其中，在左线隧道消防管道1上面，并且属于中部连通子环B2的区域安装第1电磁阀11；在右线隧道消防管道2上面，并且属于中部连通子环B2的区域安装第2电磁阀12；
[0039] 左线隧道消防管道1和右线隧道消防管道2上面，均沿隧道长度方向安装多个洞内消火栓25；洞内转换水池7内设置与第1供水管15连通的加压泵29。
[0040] 洞内转换水池7设置于隧道内壁中，洞内转换水池7的顶面与隧道地面平齐，洞内转换水池7用于实现对隧道的分区供水，洞内转换水池为超长隧道消防系统提供了一个安全储备。具体的，洞内转换水池7的补水端通过补水管13与左线隧道消防管道1的补水点连通，其中，补水点位于中部连通子环B2上，并且位于第1电磁阀11的前端；在补水管13上面安装第3电磁阀14；洞内转换水池7的供水端通过第1供水管15与左线隧道消防管道1的供水点连通；其中，供水点位于后端供水子环B1上面；在第1供水管15上安装第5电磁阀32。
[0041] 高位消防水池8、蓄水池9和深井10均安装于隧道外部；高位消防水池8与隧道洞口之间存在一定高差，保证消防设备压力满足其要求。深井10和蓄水池9之间布置第2供水管16，第2供水管16具有加压作用，用于给消防
管道系统进行加压供水，与第4供水管30一样，第4供水管30也具有加压作用。而第2供水管16和补水管13不具有加压作用，为单纯的补水管道。
[0042] 深井10内安装深井泵17，深井泵17通过第2供水管16向蓄水池9供水；高位消防水池8和蓄水池9之间布置第3供水管18，蓄水池9内安装输水泵19，输水泵19通过第3供水管18向高位消防水池8供水；高位消防水池8的输水端通过第4供水管30与前端供水子环B3连通；第4供水管30的输出端安装第4电磁阀31。
[0043] 一方面，高位消防水池8内的消防水在重力作用下，进入消防管网的前端供水子环B3，给一定区域的消火栓等设备进行供水。
[0044] 另一方面，高位消防水池8的水通过消防管网，在沿隧道纵向一定距离后，通过补水管13，将水输入到洞内转换水池7。因此，洞内转换水池7与前端供水子环B3的消火栓等设备由高位消防水池8直接进行常高压供水。前端供水子环B3通过洞内转换水池7进行重力给水，或者通过加压泵进行加压供水。通过控制第1电磁阀11和第2电磁阀12的关闭和开启，可以实现两个供水系统的分隔和联通。
[0045] 实际应用中，单洞长度大于8000m或者高差超过100m的隧道，在隧道中间位置或高位消防水池与消火栓出水点静水压差0.7～0.8Mpa位置处设置洞内转换水池；洞内转换水池给下游供水可采用加压水泵进行高压供水方案或通过与消防设备点的高差实现重力给水方案。
[0046] 当采用加压水泵供给方案时，加压泵需要考虑最不利点处的压力不小于0.35mpa，即：满足消防压力要求。当采用重力给水方案时，洞内转换水池池底与消火栓栓口的压差不小于35m。
[0047] 洞内转换水池供水由上游的高位消防水池8通过消防管道给水。此时，洞内转换水池供水根据洞内转换水池内的水位
传感器的数据决定第3电磁阀14的开启和关闭。
[0048] 若洞内
地下水较为丰富，可利用排水沟收集的水，
抽取至洞内转换水池。
[0049] 洞内转换水池容积V＝Q内+Q外＝nq内t+q外t
[0050] V:洞内转换水池容积(m3)；
[0051] Q内:洞内消火栓用水量(m3)；
[0052] Q外:洞外消火栓用水量(m3)；
[0053] n:消火栓开启数量，取值具体参照《公路隧道设计规范》(第二册交通工程与附属设施JTG D70/2-2014)
[0054] t:火灾持续时间，取值具体参照《公路隧道设计规范》(第二册交通工程与附属设施JTG D70/2-2014)
[0055] q内：单支室内消火栓用水量，一般为5L/S。一般需另外考虑固定水成膜灭火装置的用水量，单支一般0.5L/S。
[0056] q外：室外消火栓用水量，一般为20L/S。
[0057] 实际应用中，为实现洞内转换水池、高位消防水池和蓄水池的自动补水功能，洞内转换水池7内安装第1液位计20；高位消防水池8内安装第2液位计21；蓄水池9内安装第3液位计22；
[0058] 第1液位计20、第2液位计21、和第3液位计22的输出端均与系统控制平台相连接；系统控制平台的输出端分别与第1电磁阀11、第2电磁阀12、第3电磁阀14、第4电磁阀31和第
5电磁阀32相连接。
[0059] 另外，在左线隧道和右线隧道的不同位置，安装若干个火灾探测器；火灾探测器的输出端连接到系统控制平台。
[0060] 本实用新型还安装以下辅助部件：
[0061] 在第4供水管30上安装过滤器23，通过对水质过滤，避免影响下游流经的电磁阀等器件，延长电磁阀的使用寿命。在第4供水管30上安装缓闭止回阀24。
[0062] 第一横向联络管道3和第二横向联络管道4上面，均安装有洞外消火栓26和水泵接合器27。
[0063] 第一横向联络管道3和第二横向联络管道4的端部，均安装有放空阀/排气阀28。
[0064] 本实用新型还提供一种基于超长公路隧道分区供水消防系统的消防供水方法，包括以下步骤：
[0065] 步骤1，在平时没有发生火灾的情况下，系统控制平台控制第1电磁阀11和第2电磁阀12为关闭状态，第4电磁阀31为打开状态；第5电磁阀32为打开状态；
[0066] 此时，高位消防水池8内安装的第2液位计21实时检测高位消防水池8内的第1水位值并发送给系统控制平台；蓄水池9内安装的第3液位计22实时检测蓄水池内的第2水位值并发送给系统控制平台；洞内转换水池7内安装的第1液位计20实时检测洞内转换水池7内的第3水位值并发送给系统控制平台；
[0067] 系统控制平台根据第3液位计22传输的检测数据，实时判断蓄水池9的第2水位值是否满足要求，如果不满足，则启动深井泵17，深井泵17从深井10取水，输送至蓄水池9，直到满足最高水位要求时，关闭深井泵17；由此一直维持蓄水池9内的水位满足要求；
[0068] 系统控制平台根据第2液位计21传输的检测数据，实时判断高位消防水池8的第1水位值是否满足要求，如果不满足水位要求，则启动输水泵19，输水泵19从蓄水池9抽取水，通过第3供水管18抽送至高位消防水池8，直到满足要求时，关闭输水泵19；由此一直维持高位消防水池8内的水位满足要求；
[0069] 系统控制平台根据第1液位计20传输的检测数据，实时判断洞内转换水池7的第3水位值是否满足要求，如果不满足，则打开第3电磁阀14进行补水，补水方法为：高位消防水池8内的水在重力作用下通过前端供水子环B3后，流入到补水管13，最终流入到洞内转换水池7，实现对洞内转换水池7的补水，当洞内转换水池7补水后的实时水位值满足要求时，关闭第3电磁阀14；由此一直维持洞内转换水池7内的水位满足要求；
[0070] 步骤2，系统控制平台通过布置于左线隧道和右线隧道不同位置的火灾探测器，实时检测左线隧道和右线隧道对应位置是否发生火灾，当探测到发生火灾时，系统控制平台此时进一步判断发生水灾的位置属于后端供水子环B1还是前端供水子环B3；如果属于后端供水子环B1，则执行步骤3；如果属于前端供水子环B3，则执行步骤4；
[0071] 步骤3，系统控制平台进一步判断高位消防水池8的供水是否出现故障，如果没有故障，则如果加压泵29和洞内转换水池7没有出现故障，执行步骤3.1；如果加压泵29和洞内转换水池7出现故障，执行步骤3.2；如果高位消防水池8的供水出现故障，则执行步骤3.3；
[0072] 步骤3.1，一方面，启动加压泵29，加压泵29将洞内转换水池7内的水输送到后端供水子环B1，开启相应位置洞内消火栓，由后端供水子环B1中的消防管道水提供对火灾发生位置的灭火需求；另一方面，系统控制平台基于第1液位计20的检测值对第3电磁阀14的状态实时进行控制，使高位消防水池8内的水在重力作用下流入到洞内转换水池7，实现对洞内转换水池7的及时补水，保证洞内转换水池7在工作状态时的水位仍然满足要求；
[0073] 步骤3.2，若加压泵29和洞内转换水池7发生故障，则开启第1电磁阀11和第2电磁阀12，关闭第5电磁阀32；
[0074] 高位消防水池8内的水在重力作用下沿左线隧道消防管道1和右线隧道消防管道2流动，最终输送到后端供水子环B1，开启相应位置的洞内消火栓，由后端供水子环B1中的消防管道水提供对火灾发生位置的灭火需求；
[0075] 步骤3.3，一方面，启动加压泵29，加压泵29将洞内转换水池7内的水输送到后端供水子环B1，开启相应位置的洞内消火栓，由后端供水子环B1中的消防管道水提供对火灾发生位置的灭火需求；另一方面，系统控制平台控制第3电磁阀14为关闭状态，不对洞内转换水池7进行补水，而洞内转换水池7的设计容量满足设计场景的灭火要求；
[0076] 步骤4，系统控制平台判断高位消防水池8的供水是否出现故障，如果没有故障，则执行步骤4.1；如果出现故障，则执行步骤4.2；
[0077] 步骤4.1，第4电磁阀31维持打开状态，此时，一方面，高位消防水池8内的水在重力作用下流入到前端供水子环B3，开启相应位置的洞内消火栓，由前端供水子环B3中的消防管道水提供对火灾发生位置的灭火需求；另一方面，系统控制平台对输水泵19和深井泵17进行控制，使深井10中的水及时向蓄水池9补水，而蓄水池9及时向高位消防水池8补水，保证高位消防水池8在工作状态时的水位仍然满足要求；
[0078] 步骤4.2，系统控制平台关闭第4电磁阀31、打开第1电磁阀11和第2电磁阀12，此时，加压泵29将洞内转换水池7内的水同时输送到后端供水子环B1、中部连通子环B2以及前端供水子环B3，由于前端供水子环B3得到消防水，开启相应位置洞内消火栓，进而实现对火灾发生位置进行灭火的功能。
[0079] 本实用新型提供的一种超长公路隧道分区供水消防系统以及供水消防方法，具有以下优点：
[0080] 解决了超长隧道供水距离太长(以10km隧道为例)，阀门数量过多(约800个)，水管接头过多(约34000个)，供水可靠性差，一旦水管破裂或者阀门损坏，整个消防系统瘫痪的难题；
[0081] 解决了高差过大隧道需要设置多道减压阀，对水质要求高，维护量大，系统可靠性差的问题；
[0082] 解决了长距离人字坡隧道，单端设置高位水池无法满足供水要求，需要在另一端设置消防系统，投资规模过大，维护量大的问题。
[0083] 因此，本实用新型为超长公路隧道消防系统提供了一种新的设计思路和方案，工程造价更低、后期维护量更小、系统可靠性更高。
[0084] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
