淺談高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)組成及維護(hù)

淺談高速公路隧道機(jī)電工程

系統(tǒng)組成與維護(hù)

劉春成2015.7.29目錄概述供配電及電力監(jiān)控系統(tǒng)通風(fēng)及通風(fēng)控制系統(tǒng)照明及照明控制系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通信系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)隧道機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中存在的問題及維護(hù)

隨著全國(guó)高速公路的蓬勃發(fā)展，高速公路通車?yán)锍淘絹碓介L(zhǎng)，山區(qū)高速公路建設(shè)所占的比例越來越高，相應(yīng)的高速公路隧道機(jī)電工程建設(shè)規(guī)模也越來越大。截至2014年底，湖南省高速公路通車總里程達(dá)到5493公里，位居全國(guó)前列。1.1隧道機(jī)電系統(tǒng)是隧道區(qū)段正常營(yíng)運(yùn)的保障高速公路隧道因其空間狹小、能見度低、洞內(nèi)環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，在運(yùn)營(yíng)管理過程中安全管控壓力大，一旦發(fā)生安全事故，事故救援及交通組織難度大，而隧道機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行是隧道內(nèi)安全行車的保障，也在隧道日常運(yùn)營(yíng)管理工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一、概述1.2隧道機(jī)電系統(tǒng)包含以下主要內(nèi)容：

供配電及電力監(jiān)控系統(tǒng)通風(fēng)及通風(fēng)控制系統(tǒng)照明及照明控制系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通信系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)二、供配電及電力監(jiān)控系統(tǒng)主線一路或多路高壓柴油發(fā)電機(jī)EPS或UPS不間斷電源風(fēng)機(jī)燈具監(jiān)控通信等弱電設(shè)備消防設(shè)備房建變電所或箱式變電站主要設(shè)備包括：變壓器、高壓柜、低壓柜、節(jié)能控制器、電力監(jiān)控等2.1供配電系統(tǒng)示意圖負(fù)荷等級(jí)?負(fù)荷名稱一級(jí)特別重要負(fù)荷隧道應(yīng)急照明、避災(zāi)引導(dǎo)燈等標(biāo)志燈緊急停車帶照明、橫洞門電機(jī)及照明中央控制設(shè)備閉路電視系統(tǒng)主要設(shè)備交通監(jiān)控設(shè)備、有線廣播設(shè)備普通一級(jí)負(fù)荷隧道基本照明、火災(zāi)工況排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵閉路電視系統(tǒng)監(jiān)視器等次要設(shè)備變電所照明二級(jí)隧道加強(qiáng)照明一般通風(fēng)風(fēng)機(jī)檢修電源插座及其它用電2.2隧道負(fù)荷等級(jí)劃分2.3供電原則

一級(jí)負(fù)荷由雙電源供電進(jìn)行供電，一級(jí)特別重要負(fù)荷由雙電源經(jīng)EPS或UPS不間斷電源供電，二級(jí)負(fù)荷原則上應(yīng)能保證有一路可靠電源供電，有條件時(shí)可采用雙電源進(jìn)行供電。以下為一級(jí)負(fù)荷供電示意圖：主線高壓接入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不間斷電源電源切換特別重要負(fù)荷普通一級(jí)負(fù)荷

隧道通風(fēng)一般采用縱向通風(fēng)方式，供電方式為380V電源向洞內(nèi)射流風(fēng)機(jī)（如下圖所示）。4km以上的特長(zhǎng)隧道可采用豎井通風(fēng)方式，通風(fēng)設(shè)備為軸流風(fēng)機(jī)。以下為射流風(fēng)機(jī)供電示意圖：變壓器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2.4通風(fēng)系統(tǒng)供電低壓柜低壓柜電源切換通風(fēng)風(fēng)機(jī)火災(zāi)工況排煙風(fēng)機(jī)主線高壓接入隧道照明供電方式分為集中式和分布式供電，目前以集中式方式為主。其中應(yīng)急照明為獨(dú)立回路，是一級(jí)特別重要負(fù)荷。以下為照明供電示意圖：變壓器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2.5照明系統(tǒng)供電低壓柜低壓柜電源切換非應(yīng)急照明應(yīng)急照明主線高壓接入EPS、UPS不間斷電源監(jiān)控通信系統(tǒng)設(shè)備用電負(fù)荷不大，除情報(bào)板和大屏外一般都作為一級(jí)特別重要負(fù)荷考慮，下圖為隧道場(chǎng)區(qū)供電示意圖。變壓器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2.6監(jiān)控通信系統(tǒng)供電低壓柜電源切換監(jiān)控通信設(shè)備主線高壓接入U(xiǎn)PS不間斷電源消防系統(tǒng)是隧道供電要確保的一級(jí)特別重要負(fù)荷。它分為泵房和洞內(nèi)標(biāo)示兩部分，洞內(nèi)標(biāo)示一般和監(jiān)控系統(tǒng)供電為同一回路，以下泵房供電示意圖。變壓器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2.7消防系統(tǒng)供電低壓柜電源切換消防水泵主線高壓接入2.8電力監(jiān)控電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的三遙,能直觀實(shí)時(shí)的了解供配電系統(tǒng)情況，同時(shí)也是通風(fēng)、照明、消防等設(shè)備分合的執(zhí)行系統(tǒng)。以下為電力監(jiān)控示意圖：變電所設(shè)備前端測(cè)控工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通信系統(tǒng)照明設(shè)備前端測(cè)控通風(fēng)設(shè)備前端測(cè)控消防設(shè)備前端測(cè)控交通監(jiān)控計(jì)算機(jī)電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)低壓供電（照明）回路監(jiān)控示意圖電力監(jiān)控模塊通信接口VVIIIDIDOV低壓電源輸入用電負(fù)荷工程實(shí)例照片箱變內(nèi)部照片三、通風(fēng)及通風(fēng)控制系統(tǒng)隧道通風(fēng)方式有多種，本次以高速公路最常用的縱向通風(fēng)方式為例介紹。3.1隧道通風(fēng)作用隧道通風(fēng)可降低CO濃度，稀釋煙霧濃度，在火災(zāi)時(shí)減少人員的傷害。

3.2隧道通風(fēng)的設(shè)備選型和布設(shè)方案我省高速公路隧道多采用30KV的射流風(fēng)機(jī)為通風(fēng)設(shè)備，斷面布設(shè)數(shù)量單洞雙車道為兩臺(tái)，三車道為三臺(tái)。布設(shè)位置多在洞口附近。

3.3通風(fēng)控制風(fēng)機(jī)可在監(jiān)控室遠(yuǎn)程控制，也可在現(xiàn)場(chǎng)本地控制?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)工況順轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。通過設(shè)置在洞內(nèi)的傳感器檢測(cè)出污染程度、風(fēng)速風(fēng)向和車流量，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，制定控制方案，給出控制命令，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

3.4通風(fēng)控制示意圖風(fēng)機(jī)CO/VI風(fēng)速風(fēng)向傳感器隧道口監(jiān)控計(jì)算機(jī)電力監(jiān)控巖門界隧道右洞風(fēng)機(jī)安裝斷面圖AB巖門界隧道右洞風(fēng)機(jī)安裝位置圖AB3.5通風(fēng)工程實(shí)例風(fēng)機(jī)配電箱風(fēng)機(jī)配電箱內(nèi)部長(zhǎng)湘高速隧道風(fēng)機(jī)四、照明及照明控制系統(tǒng)4.1隧道的白洞和黑洞效應(yīng)在隧道的出入口由于內(nèi)外的光線有較大差別，產(chǎn)生白洞和黑洞效應(yīng)，嚴(yán)重影響行車安全。為此設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)置隧道照明系統(tǒng)。黑洞效應(yīng)白洞效應(yīng)4.2隧道照明設(shè)置條件

2014年9月開始施行的新的隧道照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)老的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，例如原來100m以上隧道設(shè)置照明，現(xiàn)改為200m以上。4.3隧道照明亮度隧道的亮度指標(biāo)由多個(gè)因數(shù)確定，如：隧道洞門結(jié)構(gòu)（削竹式、端墻式）及朝向、洞口亮度、設(shè)計(jì)車速、設(shè)計(jì)流量、道路的等級(jí)等。高速公路/一級(jí)公路應(yīng)設(shè)置照明的二級(jí)公路宜設(shè)置照明的二級(jí)公路非光學(xué)長(zhǎng)隧道光學(xué)長(zhǎng)隧道設(shè)置條件L>200m100m<L≤200mL>1000m500m<L≤1000m4.4照明設(shè)置的段落中間段照明/基本段照明、入口段加強(qiáng)照明、過渡段加強(qiáng)照明、出口段加強(qiáng)照明、洞外引道照明。基本段照明的一部分（約為四分之一）為應(yīng)急照明。4.5照明燈具布置照明燈具的布設(shè)方式分為：中線布置、中線側(cè)偏布置、兩側(cè)交錯(cuò)布置、兩側(cè)對(duì)稱布置等。我省高速公路隧道照明多數(shù)采用兩側(cè)對(duì)稱布置。4.6照明燈具選擇

目前隧道照明燈具按照光源類型區(qū)分主要有高壓鈉燈、LED燈、無極燈、熒光燈。LED目前已成為主流光源。4.7照明系統(tǒng)控制

隧道照明控制方式有手動(dòng)、自動(dòng)、本地、遠(yuǎn)程控制等。手動(dòng)控制分為晴天、云天、陰天、重陰、夜間和下半夜等多級(jí)。由于中短隧道無弱電系統(tǒng)，自動(dòng)控制一般為時(shí)序控制,分為白天、晚上、黃昏（凌晨）、午夜四階段。

當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)、事故時(shí)照明燈全亮。長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道自動(dòng)控制，根據(jù)洞口光亮度檢測(cè)器檢測(cè)值，調(diào)整隧道入口照明（如下圖所示）。工程實(shí)例照片高壓鈉燈和無極燈混用雙側(cè)對(duì)稱布置LED節(jié)能燈具LED節(jié)能燈具車行橫洞的照明五、隧道監(jiān)控系統(tǒng)5.1隧道監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容

隧道監(jiān)控系統(tǒng)中央控制管理系統(tǒng)統(tǒng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)閉路電視系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)緊急電話有線廣播系統(tǒng)照明控制系統(tǒng)通風(fēng)控制系統(tǒng)隧道環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)5.2隧道監(jiān)控等級(jí)和隧道分類隧道分類特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)隧道中隧道短隧道隧道長(zhǎng)度L(m)L＞30003000≥L＞10001000≥L＞500L≤500隧道根據(jù)長(zhǎng)度分為四類，見下表：隧道監(jiān)控分為A+、A、B、C、D五個(gè)等級(jí)，由隧道長(zhǎng)度L和隧道單洞年平均日交通量q綜合確定。見下圖：設(shè)備監(jiān)控等級(jí)A+ABCD監(jiān)測(cè)設(shè)施車輛檢測(cè)設(shè)備車輛檢測(cè)器●●●○—超高車輛檢測(cè)器○○○——環(huán)境檢測(cè)設(shè)備CO濃度檢測(cè)器●●○——能見度檢測(cè)器●●○——風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器●●○——亮度檢測(cè)器●●○——視頻監(jiān)視設(shè)備攝像機(jī)●●●○—報(bào)警設(shè)備緊急電話●●●——交通事件檢測(cè)器●○———火災(zāi)探測(cè)器●●○——手動(dòng)報(bào)警按鈕●●●○—交通控制和誘導(dǎo)設(shè)施緊急呼叫設(shè)備隧道廣播●●●○—信息發(fā)布與控制設(shè)備車道控制標(biāo)志●●●○○交通信號(hào)燈●●●○○可變情報(bào)板●●○——可變限速標(biāo)志●●○——系統(tǒng)控制設(shè)施本地控制設(shè)備區(qū)域控制器●●○○—5.3

隧道監(jiān)控設(shè)備的配置

●

應(yīng)配設(shè)施

○可選設(shè)施

|不作要求5.4交通信號(hào)控制系統(tǒng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)車輛檢測(cè)器交通信號(hào)燈交通指示標(biāo)志可變信息標(biāo)志

在隧道出入口和長(zhǎng)隧道中部設(shè)置車輛檢測(cè)器，用以檢測(cè)通過隧道車輛的車輛數(shù)、行車速度及占有率，以做為實(shí)施交通監(jiān)控和風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的依據(jù)。

5.4.1車輛檢測(cè)器雙波長(zhǎng)雷達(dá)車輛檢測(cè)器隧道內(nèi)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器5.4.2交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈布設(shè)于隧道入口前，應(yīng)盡量結(jié)合隧道口的轉(zhuǎn)向車道設(shè)置，用以指示車輛是否可以進(jìn)入隧道。交通信號(hào)燈由四個(gè)燈組合而成，可顯示紅、綠、黃三種顏色及一個(gè)轉(zhuǎn)彎調(diào)頭標(biāo)志。隧道內(nèi)交通異常隧道關(guān)閉，禁行隧道內(nèi)正常轉(zhuǎn)至反向車道5.4.3隧道內(nèi)指示標(biāo)志車道指示標(biāo)志設(shè)在隧道入口、出口及隧道內(nèi)，可分車道顯示通行、禁行。在車行橫洞處的指示標(biāo)志有左轉(zhuǎn)指示。標(biāo)志為雙面顯示。車行橫洞和人行橫洞標(biāo)志設(shè)置在隧道內(nèi)相應(yīng)洞口處。LED誘導(dǎo)燈安裝于隧道內(nèi)電纜溝外側(cè)，從行車視角看形成左黃右白兩條光帶，誘導(dǎo)車輛安全行駛。隧道內(nèi)還設(shè)有應(yīng)急電話標(biāo)志、消防設(shè)備標(biāo)志和逃生指示標(biāo)志等。A、C、B、D、5.4.4可變信息標(biāo)志長(zhǎng)和特長(zhǎng)隧道的入口、隧道內(nèi)以及隧道群的入口一般設(shè)置可變信息標(biāo)志用以顯示隧道區(qū)段各種信息。B、可變限速標(biāo)志則設(shè)置在隧道口或隧道內(nèi)，可以顯示隧道限速值。A、5.5閉路電視系統(tǒng)橋隧管理所CCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCamera編碼器交換機(jī)編碼器編碼器編碼器隧道現(xiàn)場(chǎng)解碼器監(jiān)視屏視頻管理服務(wù)器視頻存取服務(wù)器事件檢測(cè)服務(wù)器上級(jí)監(jiān)控單位隧道閉路電視示意圖5.5.1攝像機(jī)的布設(shè)A.在隧道的洞口設(shè)置全方位彩色攝像機(jī).B.在隧道內(nèi)視頻全覆蓋，不低于150m間隔設(shè)固定彩色攝像機(jī)。C.隧道內(nèi)行車橫洞處設(shè)1臺(tái)全方位彩色攝像機(jī)。D.變電所內(nèi)設(shè)安防攝像機(jī)5.5.2視頻傳輸視頻傳輸方案有多種,較為常用的方案如下圖示意：攝像機(jī)編碼器光纖傳輸解碼器顯示器存儲(chǔ)器5.6環(huán)境檢測(cè)5.6.1隧道洞內(nèi)洞外的亮度檢測(cè)主要為隧道照明控制提供依據(jù)5.6.2隧道洞內(nèi)一氧化碳能見度和風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)主要為風(fēng)機(jī)控制提供依據(jù)5.7中央控制管理系統(tǒng)中央控制管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5.7

中央控制管理系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)交換設(shè)備電力監(jiān)控火災(zāi)報(bào)警本地控制器閉路電視應(yīng)急電話照明控制通風(fēng)控制火災(zāi)檢測(cè)手動(dòng)報(bào)警交通信號(hào)控制環(huán)境監(jiān)測(cè)攝像機(jī)應(yīng)急電話有線廣播通風(fēng)照明工作站火災(zāi)報(bào)警工作站交通監(jiān)控工作站應(yīng)急電話控制臺(tái)數(shù)據(jù)存取服務(wù)器顯示屏視頻存取管理解碼隧道區(qū)橋隧所中央控制管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5.7.1

中央控制管理系統(tǒng)硬件系統(tǒng)服務(wù)器、通信工作站、交通監(jiān)控工作站、視頻管理工作站、拼接工作站、火災(zāi)報(bào)警工作站、緊急電話及有線廣播工作站、監(jiān)控以太網(wǎng)交換機(jī)和視頻以太網(wǎng)交換機(jī)等A.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)視器墻、大屏幕顯示系統(tǒng)、地圖板及控制軟件等成。B.顯示系統(tǒng)C.綜合控制臺(tái)和供電設(shè)備等5.7.2

中央控制管理系統(tǒng)軟件A、系統(tǒng)軟件。服務(wù)器操作系統(tǒng)（含雙機(jī)熱備軟件等）、工作站操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、開發(fā)、維護(hù)、工具軟件等.外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示模塊.外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊.可變信息編輯、控制顯示模塊.事故、異常事件處理報(bào)警模塊.設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)模塊.隧道通風(fēng)控制模塊.隧道照明控制模塊.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊.報(bào)表打印模塊B、應(yīng)用軟件。通信軟件監(jiān)控集成應(yīng)用軟件C、應(yīng)急預(yù)案六、通信系統(tǒng)

隧道通信系統(tǒng)主要包括通信傳輸設(shè)備、隧道緊急電話、隧道有線廣播系統(tǒng)、通信光纜及附屬設(shè)施等。隧道監(jiān)控等級(jí)為B級(jí)及以上的隧道應(yīng)設(shè)置緊急電話系統(tǒng)。從隧道外距隧道口入口約10m處(此處為第一臺(tái))開始每隔200m左右間距設(shè)置緊應(yīng)急電話。緊急電話控制臺(tái)一般設(shè)置在路段監(jiān)控分中心或隧道管理所。6.1緊急電話在設(shè)置緊急電話系統(tǒng)隧道一般同時(shí)設(shè)置有線廣播系統(tǒng)。隧道內(nèi)每隔50米設(shè)置號(hào)筒揚(yáng)聲器，在距隧道入口外約10米處的設(shè)置筒揚(yáng)聲器。在變電所和監(jiān)控室設(shè)置揚(yáng)聲器箱。6.2廣播系統(tǒng)七、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及隧道消防系統(tǒng)長(zhǎng)隧道消防設(shè)施主要包括水消防系統(tǒng)和干粉滅火器兩部分。隧道外給水系統(tǒng)由取水設(shè)施、集水池、加壓泵房、高位蓄水池和供水管網(wǎng)組成。隧道內(nèi)消火栓洞室設(shè)置于行車方向右側(cè)的隧道壁上，內(nèi)設(shè)消火栓系統(tǒng)和水成膜系統(tǒng)。7.1水消防系統(tǒng)隧道口兩端分別設(shè)置兩組地上式三出口消火栓和水泵接合器.7.2干粉滅火器系