電子系統(tǒng)在水電工程隧道安全運(yùn)行的應(yīng)用探討

馬中剛，宛良朋，魏 然

(中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610031)

我國改革開放以來，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國機(jī)動(dòng)車車輛保有量快速增長，交通事故數(shù)量逐年增加。隧道是封閉空間，會(huì)增加交通事故的次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)并增加救援難度。電子系統(tǒng)可輔助指揮交通，第一時(shí)間采取救援，提高救援效率，消減次生事故發(fā)生率。水電工程所在地一般屬于山原峽谷地貌類型，河谷深切，坡降大，谷坡陡峻。在這種地形地貌下，水電工程物資運(yùn)輸和重件、大件運(yùn)輸對(duì)公路線形和曲率半徑提出較高的要求[1]，因此大型水電工程的“三通一平”道路多采取明線和隧道結(jié)合的方式設(shè)計(jì)，且多以隧道為主，使水電工程的進(jìn)場道路隧道比一般較高[2-3]。隧道線路長，且多為單洞雙向道路設(shè)計(jì)，交通安全隱患大，事故救援難度高。為降低事故率，提高救援效率，設(shè)置電子系統(tǒng)，對(duì)輔助救援、疏導(dǎo)人群具有十分重要的意義[4]。

目前，水電工程進(jìn)場道路一般由建設(shè)單位自籌自建，建成后產(chǎn)權(quán)屬于建設(shè)單位。但是，道路運(yùn)行后，建設(shè)單位往往沒有道路的執(zhí)法權(quán)，而道路運(yùn)行安全責(zé)任主體仍是建設(shè)單位。這樣的矛盾使建設(shè)單位承擔(dān)很大的安全運(yùn)行壓力，所以利用道路電子系統(tǒng)的監(jiān)控作用，輔助建設(shè)單位做好道路運(yùn)行安全管理十分必要。下面舉例說明電子系統(tǒng)在水電工程隧道進(jìn)場道路運(yùn)行安全管理的應(yīng)用。

1 工程特點(diǎn)

烏東德水電站右岸對(duì)外交通半角至新村為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，路基(明線段)寬10 m，路面寬7.5 m。該公路位于云南省昆明市祿勸縣境內(nèi)，起點(diǎn)在昆明市祿勸縣皎西鄉(xiāng)的半角村接祿勸至半角地方公路，接點(diǎn)高程2 219.7 m；終點(diǎn)在昆明市祿勸縣大松樹鄉(xiāng)的新村附近與河門口大橋右岸接線公路相接，接點(diǎn)高程1 297.0 m。路線全長28.4 km，橋梁12座，總長1 542.5 m；隧道共7座，總長16 030.527 m，占比約57%。在28 km長度范圍內(nèi)，陡降超900 m落差。烏東德水電站右岸對(duì)外交通線形成了較長的2個(gè)隧道群，且隧道內(nèi)為3%單向縱坡。該公路屬于典型的長大縱坡道路，坡陡彎急，行車條件較差。通過分析建成后車輛運(yùn)行情況，針對(duì)安全隱患，利用電子系統(tǒng)輔助管理，提出工程安全管理措施，消減運(yùn)行期交通事故率。同時(shí)為長陡坡公路運(yùn)行管理積累經(jīng)驗(yàn)，為水電工程場內(nèi)交通管理提供參考，具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益和較高的應(yīng)用價(jià)值。

2 電子系統(tǒng)需求分析

半角至新村公路橋隧比高達(dá)62%，道路主要由2個(gè)特長隧道群組成。由于難以隔離地方群眾，半角至新村公路隧道內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)人、馬車、摩托車、三輪車等交通參與方，給道路行車帶來極大安全隱患。特長隧道群內(nèi)移動(dòng)通信信號(hào)弱，事故發(fā)生后的救援、事故責(zé)任處理等難度也增加，需要部署視頻監(jiān)控、緊急電話和有線廣播系統(tǒng)等電子設(shè)備輔助道路安全管理。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在老鷹窩、紅梁子、鍋圈巖和龍頭山4條隧道的進(jìn)、出口及隧道內(nèi)緊急停車帶、轉(zhuǎn)彎處、逃生通道交叉口處布設(shè)攝像機(jī)。在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道的遠(yuǎn)方監(jiān)控和管理，并用于特長雙向隧道的火災(zāi)監(jiān)視，以達(dá)到對(duì)隧道內(nèi)全覆蓋、無死角的監(jiān)控要求。

緊急電話和有線廣播系統(tǒng)，用以提醒駕駛員注意行車安全，以及在發(fā)生事故時(shí)進(jìn)行疏導(dǎo)、疏散車輛和人員。隧道內(nèi)緊急電話系統(tǒng)要求達(dá)到事故發(fā)生后第一時(shí)間內(nèi)幫助求助人員，并通過后臺(tái)分析定位事故發(fā)生位置。這就要求緊急電話設(shè)置間距不能太大，使隧道內(nèi)任何位置發(fā)生事故，事故人員都能看見緊急電話，并不需要跑動(dòng)太遠(yuǎn)的距離就能達(dá)到。在隧道管理中心設(shè)置1套控制臺(tái)主機(jī)和1臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，在老鷹窩隧道、紅梁子隧道、鍋圈巖隧道和龍頭山隧道內(nèi)每隔200 m處設(shè)置1臺(tái)緊急電話分機(jī)，分別布置在隧道起點(diǎn)、終點(diǎn)洞外、緊急停車帶、和施工支洞/疏散洞口和變電站處，共76部緊急電話分機(jī)，包括68部隧道型緊急電話；8套立柱型，布置在洞外。

3 半新公路電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與控制原理

水電工程道路電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則[5]。并綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地[6-7]。為對(duì)水電站隧道的車輛及人員通行狀況實(shí)施監(jiān)視，有效地防范各類突發(fā)事件，查處違規(guī)狀況,增強(qiáng)工作的主動(dòng)性,發(fā)揮科學(xué)管理的作用。

半角至新村公路在老鷹窩隧道群和鍋圈巖隧道群4條隧道設(shè)置交通監(jiān)控系統(tǒng)。包括隧道控制中心設(shè)備，現(xiàn)場通風(fēng)控制設(shè)備、交通控制設(shè)備、照明控制設(shè)備等。監(jiān)控交通信號(hào)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，完成火災(zāi)時(shí)風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)右岸公路的集中控制和管理。前端視頻信號(hào)和控制信號(hào)通過現(xiàn)場的環(huán)形光纖以太網(wǎng)進(jìn)入隧道控制中心，通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行圖像的存儲(chǔ)。通過圖像工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)前端實(shí)時(shí)圖像的控制和瀏覽、以及歷史錄像資料的訪問、調(diào)用和轉(zhuǎn)存記錄；通過網(wǎng)絡(luò)管理工作站對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

隧道緊急電話實(shí)現(xiàn)管理中心對(duì)現(xiàn)場電話的集中監(jiān)控和管理。系統(tǒng)采用“監(jiān)視”和“監(jiān)控”兩種監(jiān)管模式，如圖2所示。

1)災(zāi)情監(jiān)控。緊急電話用戶可直接與中心緊急電話控制臺(tái)進(jìn)行按鍵通話，全雙工通話、并傳送本機(jī)公里標(biāo)號(hào)等通信聯(lián)系，通話時(shí)語音清晰，聲音洪亮，無回授嘯叫，允許2處以上緊急電話排隊(duì)報(bào)警，具有錄音及回放功能。

緊急電話擴(kuò)音系統(tǒng)是半新公路隧道布設(shè)的應(yīng)急電話和廣播設(shè)施,在半新公路隧道內(nèi)發(fā)生交通事故、車輛出現(xiàn)故障或遇到其他緊急情況時(shí)，能提供緊急呼叫和應(yīng)急廣播服務(wù)。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生緊急情況時(shí),司乘人員可以通過緊急電話向右岸監(jiān)控中心求助，監(jiān)控中心可直接通過應(yīng)急廣播幫助和指揮隧道內(nèi)人員疏散和撤離。緊急電話系統(tǒng)與隧道逃生通道設(shè)置密切相關(guān)，半新公路隧道群設(shè)置的逃生通道要求是保證求助人員在隧道內(nèi)任何位置，到達(dá)最近安全區(qū)的距離不超過1 000 m。

2)運(yùn)行監(jiān)視。利用隧道監(jiān)控的實(shí)時(shí)圖像點(diǎn)播、系統(tǒng)歷史圖像的檢索和回放的功能，能較好配合對(duì)隧道內(nèi)各種配置進(jìn)行監(jiān)督管理，防止隧道內(nèi)出現(xiàn)設(shè)施設(shè)備(主要是消防設(shè)施)損壞、被盜的現(xiàn)象。利用錄像、回放，以供事后執(zhí)法部門對(duì)事故處理分析。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用還包括準(zhǔn)確判斷隧道內(nèi)事故災(zāi)情，采取處理措施。為消防、安保及其他系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行和人員活動(dòng)提供了監(jiān)視手段。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 運(yùn)行效果

以老鷹窩隧道為例，當(dāng)老鷹窩隧道內(nèi)K8+800左右發(fā)生救援事故，求助人員視野范圍內(nèi)可看見K8+883和K8+683兩個(gè)位置的緊急電話。由于到K8+883的位置較近，求助人員可通過撥打隧道內(nèi)K8+883處的緊急電話。緊急電話自動(dòng)接入監(jiān)控中心，監(jiān)控中心值班人員根據(jù)求助電話的編號(hào)，經(jīng)過后臺(tái)系統(tǒng)分析，對(duì)求助人員進(jìn)行定位，初步計(jì)算求助人員到K7+800和K9+750兩位位置的逃生通道的距離，告知求助人員向K9+750逃生通道自救，緊急電話系統(tǒng)終端顯示界面如圖3所示。求助人員掛斷電話，監(jiān)控中心可以通過觀察K8+953至K9+755等6個(gè)視頻監(jiān)控，時(shí)刻觀察疏散人員的疏散情況，并通過隧道設(shè)置的喇叭系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)。

圖3 緊急電話系統(tǒng)終端顯示界面圖

監(jiān)控中心通過對(duì)事故現(xiàn)場定位，可通過喇叭系統(tǒng)實(shí)時(shí)播報(bào)事故信息，通知隧道內(nèi)的車輛撤離事故區(qū)域，禁止隧道外的車輛繼續(xù)進(jìn)入隧道，降低次生事故發(fā)生率，降低救援難度，視頻監(jiān)控畫面如圖4。

圖4 視頻監(jiān)控顯示圖

此外，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控隧道內(nèi)車流量及車速，對(duì)于車流量較大的隧道可通過隧道口的紅綠燈、廣播播報(bào)等減少車輛進(jìn)隧道的數(shù)量，以避免車輛在隧道內(nèi)發(fā)生擁堵，以降低事故發(fā)生的概率。

5 結(jié) 語

烏東德水電站半角至新村公路隧道設(shè)計(jì)為單洞雙向行駛，內(nèi)受其空間狹長、封閉、視野疲勞等特點(diǎn)限制，發(fā)生事故的概率較其他公路大。加之隧道長下坡，為控制車速，汽車行駛時(shí)，需頻繁或長時(shí)間主動(dòng)采取制動(dòng)措施，易造成車輛制動(dòng)器溫度升高而引起制動(dòng)失靈，從而導(dǎo)致交通事故發(fā)生。隧道事故易由小事故演變成災(zāi)難性事故，且救援困難。尤其隧道內(nèi)的火災(zāi)事故，直接對(duì)隧洞安全運(yùn)行帶來威脅。對(duì)于隧道群的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)多參考單體隧道的執(zhí)行，缺乏針對(duì)性。

本文以烏東德水電站右岸對(duì)外交通為例，提出電子系統(tǒng)的布置方案、聯(lián)動(dòng)控制要求，最大限度達(dá)到快速輔助疏散、應(yīng)急救援指揮、交通流量控制、防盜等作用，確保隧道群安全運(yùn)行。