溫州甬臺(tái)溫高速公路隧道安全智能系統(tǒng)改造方案

■岳自森

溫州甬臺(tái)溫高速公路隧道安全智能系統(tǒng)改造方案

■岳自森

甬臺(tái)溫高速公路溫州段隧火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、道汽通門(mén)、照明燈具等存在一定故障，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改選。通過(guò)對(duì)故障的分析，特制定出可行性改選方案。

背景概況

浙江省甬臺(tái)溫高速公路溫州段（簡(jiǎn)稱溫州段）全線共包含1個(gè)收費(fèi)監(jiān)控分中心，雁蕩、瑞安、平陽(yáng)3個(gè)隧道管理所，其中雁蕩管理所轄雁蕩山隧道（1350米）、雁蕩南隧道（1460米）、金山隧道（430米）、杏灣山隧道（340米）共4條隧道，瑞安管理所轄三都嶺隧道（1715米），平陽(yáng)管理所轄外籠山隧道（1360米）、仙巖隧道（1630米）、箭岙隧道（580米）。

溫州段隧道機(jī)電系統(tǒng)分三個(gè)階段，在2002年至2003年期間建成，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間已逾8年，部分機(jī)電設(shè)備已經(jīng)超過(guò)行業(yè)規(guī)定的使用壽命。溫州段處于浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，交通運(yùn)輸十分繁忙，由于該路段隧道內(nèi)常年車(chē)流量很大，產(chǎn)生的煙塵、尾氣和沿海鹽霧侵蝕，導(dǎo)致隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行環(huán)境惡劣，車(chē)流量大交警部門(mén)對(duì)于封洞進(jìn)行維護(hù)批準(zhǔn)困難，使機(jī)電設(shè)施無(wú)法及時(shí)得到有效的維護(hù)保養(yǎng)，較多機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，造成該路段隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施故障頻發(fā)，部分系統(tǒng)甚至已陷入癱瘓狀態(tài)，給隧道內(nèi)行車(chē)安全留下較為嚴(yán)重的隱患。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研，目前亟待解決的問(wèn)題主要包括：隧道內(nèi)汽通門(mén)無(wú)法正常開(kāi)啟、關(guān)閉；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法正常使用；視頻監(jiān)控和照明燈具損壞得不到及時(shí)更換，表面油污得不到及時(shí)清洗等。

故障情況分析

汽通門(mén)故障分析

通過(guò)對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)勘察，造成汽通門(mén)故障的主要因素包含以下幾個(gè)方面：

一是目前本路段隧道內(nèi)所采用的卷簾門(mén)面積均超過(guò)60m2，在汽通門(mén)關(guān)閉的情況下，隧道內(nèi)車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的氣流對(duì)卷簾門(mén)的沖擊極易造成門(mén)體本身的脫軌、扭曲現(xiàn)象；二是當(dāng)汽通門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，門(mén)體重量全部由卷軸承重，長(zhǎng)期開(kāi)啟易造成卷軸彎曲、變形；三是限位開(kāi)關(guān)的失靈造成卷簾門(mén)拉放過(guò)度。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)故障分析

根據(jù)對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警主機(jī)、通信線路、隧道內(nèi)綜合盤(pán)等設(shè)施逐一排查，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警綜合盤(pán)、隧道管理所火災(zāi)報(bào)警主機(jī)的故障現(xiàn)象很少，造成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法正常工作的主要原因是通信線路的故障，而造成通信線路故障的直接原因是雷擊。

■ 圖1：汽通門(mén)土建結(jié)構(gòu)圖

■ 圖2：整改后的門(mén)體設(shè)計(jì)圖

■ 圖3：火災(zāi)報(bào)警信號(hào)傳輸示意圖

由于本路段火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)所采用的信號(hào)傳輸介質(zhì)為電纜，而本路段各隧道所處地段均為雷擊多發(fā)的山地區(qū)域，因此，室外敷設(shè)的電纜極易誘發(fā)雷擊。

攝像機(jī)和燈具工作分析

主要常被車(chē)輛上飄起的篷布刮擦，造成設(shè)備的脫落。

改造方案

汽通門(mén)改造方案

根據(jù)對(duì)故障現(xiàn)象和現(xiàn)場(chǎng)情況的綜合分析，卷簾防火門(mén)模式的汽通門(mén)很難從根本上杜絕以上現(xiàn)象的存在，因此，需要一種結(jié)構(gòu)更為合理，抗風(fēng)強(qiáng)度更高的產(chǎn)品來(lái)替代目前的汽通門(mén)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的進(jìn)一步分析，采用向兩側(cè)平滑開(kāi)啟的鋼制防火門(mén)更為符合本路段的實(shí)際情況。（如圖1）

由上圖可看出，洞口兩側(cè)有足夠的空間允許向兩邊開(kāi)門(mén)。

汽通門(mén)洞土建高度約7m，若平移門(mén)開(kāi)門(mén)高度全部覆蓋整個(gè)門(mén)洞，則平移門(mén)的面積過(guò)大，一方面安裝較為困難，另一方面由于門(mén)體本身的重量較大，造成電機(jī)的負(fù)荷非常大。因此，本方案設(shè)計(jì)門(mén)洞口預(yù)留5.5m的凈空高度，5.5m以上部分全部采用防火材料密封。

汽通門(mén)設(shè)計(jì)為兩側(cè)平開(kāi)的鋼制門(mén)體，接縫處全部采用防火材料密封，門(mén)體高度5.7m，每扇門(mén)的寬度為4.2m，采用1200W交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用PLC控制，可遠(yuǎn)程開(kāi)啟或關(guān)閉，斷電時(shí)也可人工開(kāi)關(guān)。（如圖2）

火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警子系統(tǒng)改造方案

隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一種安全預(yù)警系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著在發(fā)生火災(zāi)隱患時(shí)第一時(shí)間報(bào)警通知的功能，從而保證在隧道內(nèi)避免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，其與業(yè)主方的安全責(zé)任緊密相關(guān)，其作用非常重要。目前省內(nèi)新建的高速公路大都采用了火焰探測(cè)與光纖感溫雙預(yù)警系統(tǒng)，利用兩個(gè)系統(tǒng)不同的報(bào)警特點(diǎn)，提高對(duì)各類火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警能力。因此，本設(shè)計(jì)方案參考省內(nèi)部分新建項(xiàng)目火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的配置模式，一方面對(duì)原雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，另一方面在每個(gè)隧道中增加一套光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從而整體上提高隧道內(nèi)火災(zāi)綜合報(bào)警能力。

原火焰探測(cè)器系統(tǒng)的改造升級(jí)

目前本路段各隧道所采用的能美R21型報(bào)警主機(jī)采用電纜傳輸，尤其是隧道洞口至隧道管理所中控室這一段非常容易受雷擊影響，因R21型主機(jī)型號(hào)不支持光纖傳輸，因此，需要將該主機(jī)替換為新型的R23型主機(jī)，該主機(jī)采用了光纖聯(lián)網(wǎng)的方式。根據(jù)前期調(diào)研，隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警綜合盤(pán)本身發(fā)生故障的情況較少，該綜合盤(pán)在省內(nèi)的應(yīng)用也比較成功，因此火災(zāi)探測(cè)器及手動(dòng)報(bào)警按鈕等均予以保留，只將綜合盤(pán)的通訊模塊更換為R23型主機(jī)配套模塊，同時(shí)，考慮到隧道內(nèi)的環(huán)境較為惡劣，原有的綜合盤(pán)箱體部分已腐爛，因此本方案設(shè)計(jì)將綜合盤(pán)箱體更換為不銹鋼箱體。

設(shè)置光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

光纖光柵傳感技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新一代傳感技術(shù)，它采用對(duì)波長(zhǎng)信號(hào)的數(shù)字式測(cè)量方法，具有極高的測(cè)量精度和抗干擾能力，而且監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間快，布點(diǎn)靈活，已應(yīng)用于許多領(lǐng)域的安全監(jiān)測(cè)。

其光纖光柵作為溫度敏感元件，對(duì)波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式測(cè)量；采用先進(jìn)的可調(diào)法布里－珀羅腔濾波技術(shù)進(jìn)行波長(zhǎng)檢測(cè)。當(dāng)信號(hào)處理器檢測(cè)到光纖光柵的反射波長(zhǎng)出現(xiàn)異常，它會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)給火災(zāi)報(bào)警控制器，火災(zāi)報(bào)警控制器再發(fā)出采取措施的信號(hào)。（如圖3）

其主要由以下部分組成，各部分的主要作用分述如下。

光纖光柵探測(cè)器

光纖光柵探測(cè)器是系統(tǒng)的溫度敏感元件，由連接光纜和探頭組成，探頭采用光纖光柵為測(cè)量單元，多個(gè)檢測(cè)探頭之間相互串接，形成線型結(jié)構(gòu)。其主要作用為：檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，實(shí)時(shí)傳遞火災(zāi)報(bào)警信息給信號(hào)處理器，在隧道現(xiàn)場(chǎng)，光纖光柵探測(cè)器懸吊敷設(shè)于隧道頂部。

傳輸光纜及光纜接續(xù)盒傳輸光纜將隧道控制室內(nèi)信號(hào)處理器和隧道內(nèi)光纖光柵探測(cè)器連接在一起，用來(lái)傳輸光信號(hào)。光纜接續(xù)盒用來(lái)保護(hù)光纖接頭的熔合點(diǎn)和光纖連接法蘭，使之能在惡劣環(huán)境下正常工作。

信號(hào)處理器：

信號(hào)處理器的主要作用為：（1）給現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)光柵提供光源；（2）對(duì)檢測(cè)光柵返回的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)；（3）輸出報(bào)警信號(hào)；（4）輸出溫度信息；（5）處理器各光通道連接光纖光柵探測(cè)器，分別監(jiān)測(cè)各報(bào)警分區(qū)，其編碼與隧道的位置坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。

火災(zāi)報(bào)警控制器

火災(zāi)報(bào)警控制器接收來(lái)自光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理器和該隧道段的手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的信號(hào)，通過(guò)通訊口（RS232）將信號(hào)傳送至控制中心計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可顯示可視化報(bào)警界面，經(jīng)人工確認(rèn)后，輸出報(bào)警和其它控制信號(hào)。

本系統(tǒng)利用升級(jí)更換后的能美R23型火災(zāi)報(bào)警控制器，無(wú)需新增設(shè)備。

手動(dòng)報(bào)警按鈕

手動(dòng)報(bào)警按鈕用于現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)火警后向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，當(dāng)人工確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)后，按下此鈕，即可向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)；控制器接受到報(bào)警信號(hào)后，顯示出報(bào)警按鈕的編號(hào)或位置并發(fā)出警報(bào)。本系統(tǒng)利用隧道內(nèi)原綜合盤(pán)上的手報(bào)按鈕，無(wú)需新增設(shè)備。

增加電源和信號(hào)防雷器在隧道外的配電房電源輸出和隧道內(nèi)的電源控制輸入端，根據(jù)機(jī)電設(shè)

備防雷要求采取防雷措施，安裝2級(jí)和3級(jí)電源防雷器。電纜控制信號(hào)線安裝信號(hào)防雷器。

攝像機(jī)與照明燈具維護(hù)

對(duì)于攝像機(jī)和照明燈具處理方法，主要是對(duì)刮擦損壞的設(shè)備進(jìn)行封洞更換；對(duì)攝像機(jī)和照明燈具的油污在封洞時(shí)組織人力清洗。

預(yù)計(jì)改造效果

通過(guò)以上改造，將解決汽通門(mén)故障率很高的情況，汽通門(mén)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，在緊急情況發(fā)生時(shí)可保證正常開(kāi)啟

原雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)系統(tǒng)完全恢復(fù)功能，雷擊造成的故障情況將大幅減少。

增加光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，利用兩個(gè)系統(tǒng)不同的報(bào)警特點(diǎn)，提高對(duì)各類火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警能力。

增加照明燈具的光效和攝像機(jī)的清晰度。

結(jié)束語(yǔ)

本次改造的安全風(fēng)險(xiǎn)是指由于在通車(chē)路段的工程施工作業(yè)可能存在的安全隱患，由于本路段車(chē)流量大，絕大部分工作都是隧道洞內(nèi)的高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任重大。因此，工程施工應(yīng)由熟悉高速公路隧道的維護(hù)，經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)電工程專業(yè)施工隊(duì)伍負(fù)。在施工過(guò)程中要加強(qiáng)安全生產(chǎn)設(shè)施投入，通過(guò)加強(qiáng)與交管部門(mén)的溝通協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高綜合安全生產(chǎn)能力。

本項(xiàng)目大多數(shù)產(chǎn)品、技術(shù)都在國(guó)內(nèi)的高速公路中有非常成熟的應(yīng)用，在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)局部改造過(guò)程中考慮使用較為成熟的新產(chǎn)品、新技術(shù)，提高隧道機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性。

由于本項(xiàng)目各系統(tǒng)的施工均需封道進(jìn)行，因此，管理部門(mén)可以結(jié)合隧道路面養(yǎng)護(hù)與機(jī)電養(yǎng)護(hù)統(tǒng)一安排，做好各工種之間的銜接，合理安排施工工藝、技術(shù)，確保隧道機(jī)電系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)溫州段隧道機(jī)電系統(tǒng)改造，可以總結(jié)出在車(chē)流量大的隧道進(jìn)行維護(hù)的流程，科學(xué)的設(shè)計(jì)和維護(hù)，確保隧道機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量，提高設(shè)備的運(yùn)行完好率。