廈門市海滄貨運通道隧道群機(jī)電系統(tǒng)方案設(shè)計

■王建春

（廈門百城交通工程咨詢有限公司， 廈門 361000）

隨著城市道路工程的迅猛發(fā)展，逐漸形成了以隧道群為特點的道路隧道系統(tǒng)，對機(jī)電系統(tǒng)提出了更高的要求。 基于此，本研究依托廈門市海滄貨運通道（馬青路-疏港路通道段）工程，根據(jù)隧道群機(jī)電系統(tǒng)的特點，對供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控與通信系統(tǒng)進(jìn)行分析，總結(jié)出一些對類似工程具有參考價值的結(jié)論。

1 工程概況

海滄貨運通道（馬青路-疏港通道段）工程路線呈南北走向，設(shè)計起點接海新路與馬青路立交改造范圍，下穿海新路后向西北方向偏移，設(shè)置隧道穿過文圃山、雷公山，設(shè)計終點位于疏港互通，順接孚蓮路高架橋。 本工程道路標(biāo)準(zhǔn)為城市快速路，行車速度為80 km/h， 雙向六車道。 全線共設(shè)置3 座隧道，左線隧道長3 608 m，右線隧道長3 681 m，隧道單洞寬度為13.75 m（單向三車道）。 其中海新一號隧道左線長1 928 m， 樁號范圍為ZK0+727～ZK2+655；右線長1 940 m，樁號范圍為YK0+730～YK2+670；海新二號隧道左線長475 m，樁號范圍為ZK3+110～ZK3+585， 右線長495 m， 樁號范圍為YK3+070～YK3+565；海新三號隧道左線長1 205 m，樁號范圍為ZK3+645～ZK4+850，右線長1 250 m，樁號范圍為YK3+620～YK4+870。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與特點介紹

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

隧道機(jī)電系統(tǒng)一般由強(qiáng)電系統(tǒng)、 弱電系統(tǒng)組成。 其中強(qiáng)電系統(tǒng)包括供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)；弱電系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)特點

公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的配置應(yīng)根據(jù)隧道單洞長度和設(shè)計年度預(yù)測隧道單洞年平均日交通量兩個因素進(jìn)行分類[1]。 針對傳統(tǒng)的單隧道工程，隧道機(jī)電子系統(tǒng)根據(jù)各自確定等級類別進(jìn)行設(shè)置， 相對獨立。 包含多隧道的隧道群工程因兩隧道較近，隧道間機(jī)電系統(tǒng)需要從隧道群工程統(tǒng)籌考慮，結(jié)合各隧道機(jī)電子系統(tǒng)等級從隧道運營安全、 保證服務(wù)水平、節(jié)省設(shè)備資源等角度綜合分析。

隧道群機(jī)電系統(tǒng)主要有以下特點：（1）隧道機(jī)電設(shè)備規(guī)模大。 隧道機(jī)電系統(tǒng)與隧道長度密切相關(guān)，隧道群工程是多隧道的組合，相較于傳統(tǒng)單隧道長度更長，需要布設(shè)的機(jī)電規(guī)模更為龐大。 （2）隧道機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備等級繁多。 交通工程設(shè)置等級需根據(jù)隧道長度和設(shè)計年度預(yù)測交通量配置。 相較于機(jī)電等級確定的傳統(tǒng)單隧道工程，隧道群中各隧道長度存在差異，對應(yīng)的交通工程等級不同，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)置變化較大。 隧道機(jī)電系統(tǒng)需根據(jù)隧道長度針對性設(shè)置。 （3）機(jī)電系統(tǒng)的統(tǒng)籌設(shè)計。 根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范：第二冊 交通工程與附屬設(shè)施》[2]，當(dāng)后一隧道入口與前一隧道出口間距小于500 m 時，兩隧道間可不設(shè)交通信號燈；當(dāng)兩座隧道間的行駛時間按設(shè)計速度計算小于15 s，且通過前一座隧道的行駛時間大于30 s 時，后續(xù)隧道入口段亮度應(yīng)進(jìn)行折減。 隧道群機(jī)電設(shè)計不再是對多個單隧道的疊加，需要綜合考慮前后隧道聯(lián)動。（4）管理方式集中。傳統(tǒng)單隧道工程需每個隧道旁建設(shè)隧道管理站，維護(hù)隧道日常管理，隧道群則采用集中管理方式，取消各隧道管理站，將全線所有隧道作為一個完整的隧道來考慮，設(shè)置一座主管理站，負(fù)責(zé)所有隧道區(qū)域內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的日常管理和維護(hù)、制定應(yīng)急聯(lián)動預(yù)案。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)隧道群設(shè)計特點， 結(jié)合公路隧道設(shè)計規(guī)范，對海滄貨運通道工程隧道機(jī)電系統(tǒng)方案設(shè)計。

3.1 供配電系統(tǒng)

3.1.1 供電范圍

為隧道群照明、風(fēng)機(jī)、泵房、監(jiān)控設(shè)施及其他用電負(fù)荷。

3.1.2 負(fù)荷等級

隧道重要電力負(fù)荷等級見表1，變電所及箱變布置情況見表2。

表1 隧道重要電力負(fù)荷等級

表2 隧道變電所及箱變布置情況

3.1.3 運行模式

1 號變電所：2 路10 kV 獨立電源引入，10 kV母線采用單母線分段接線方式，每段母線引入一回獨立電源。 正常運行時兩路電源同時運行，母聯(lián)開關(guān)為斷開狀態(tài)，當(dāng)一路電源失電時，自動投入母聯(lián)開關(guān)，由另一路電源帶全部負(fù)荷。 每段10 kV 高壓母線配出2 路10 kV 出現(xiàn)回路，為2 號變電所及3 號變電所提供2 路10 kV 雙電源。低壓側(cè)采用單母線模式，當(dāng)其中1 臺變壓器檢修或出現(xiàn)故障時，由另外一臺變壓器為二級及二級以上負(fù)荷提供電源。

2 號、3 號變電所： 分別從1 號變電所引2 路10 kV 高壓線路組成10 kV 系統(tǒng)單母線分段運行，不設(shè)置高壓聯(lián)絡(luò)開關(guān)，2 路10 kV 系統(tǒng)獨立運行。低壓側(cè)采用單母線模式，當(dāng)其中1 臺變壓器檢修或出現(xiàn)故障時，由另外一臺變壓器為二級及二級以上負(fù)荷提供電源。

3.1.4 電纜選擇和敷設(shè)

隧道內(nèi)消防負(fù)荷用電回路干線和支線電纜均采用低煙無鹵阻燃耐火型銅芯電纜，其余負(fù)荷回路采用低煙無鹵阻燃型銅芯電纜。

隧道內(nèi)干線電纜沿電纜溝引至各配電箱。 照明供電分電纜經(jīng)配電箱引至隧道電纜橋架內(nèi)分配給各燈具。 風(fēng)機(jī)電源由敷設(shè)在隧道左側(cè)電纜槽內(nèi)的電纜從隧道進(jìn)口端變電所低壓開關(guān)柜引至各組風(fēng)機(jī)現(xiàn)場控制箱， 再由支線電纜穿預(yù)埋管引至各射流風(fēng)機(jī)。

3.2 照明系統(tǒng)

3.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）隧道分類：一類。 （2）道路等級：城市快速路。（3）設(shè)計行車速度：80 km/h。 （4）行車道數(shù)：雙向6 車道。（5）路面亮度總均勻度不低于0.4，亮度縱向均勻度不低于0.6。

3.2.2 照度計算

機(jī)動車隧道照明按單向三車道要求進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》，按行車速度80 km/h及預(yù)測交通量設(shè)計。

3.2.3 燈具布置

隧道內(nèi)照明設(shè)計采用LED 燈具兩側(cè)對稱布置方式，安裝高度6.0 m，橋架安裝高度6.4 m。為保證人員迅速疏散，隧道設(shè)有車、人行橫洞及緊急停車帶，在頂部均設(shè)置了50 W LED 燈具，人行布置間距5 m，車行布置間距4 m。海新一號隧道出口與海新二號進(jìn)口、海新二號隧道出口與海新三號進(jìn)口間距均小于15 s 行車距離，各隧道入口段根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范：第二冊 交通工程與附屬設(shè)施》6.2.6條取值。

3.2.4 燈具調(diào)光

本著節(jié)約電能的設(shè)計理念， 隧道照明采用無級調(diào)光系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)光。基本照明根據(jù)時間、運行車速、交通量等信息自動無級調(diào)光；加強(qiáng)照明根據(jù)洞外亮度、運行車速、交通量等信息自動無級調(diào)光。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1 管理體制

本項目隧道群管理模式為監(jiān)控中心-外場設(shè)備，監(jiān)控中心設(shè)置在海新一號隧道及海新二號隧道之間的管理用房內(nèi)，統(tǒng)一負(fù)責(zé)管理3 條隧道的所有監(jiān)控外場設(shè)備。 海新一號隧道為一獨立環(huán)網(wǎng)接入監(jiān)控中心，海新二號隧道和海新三號隧道部分系統(tǒng)統(tǒng)一組網(wǎng)接入監(jiān)控中心。

3.3.2 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)預(yù)測交通量及隧道群標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性，隧道群監(jiān)控系統(tǒng)按交通等級A 級合理布設(shè)監(jiān)控外場設(shè)備，確保行車安全。

3.3.3 隧道監(jiān)控設(shè)施

隧道監(jiān)控統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、通風(fēng)照明控制、交通誘導(dǎo)控制系統(tǒng)、 閉路電視系統(tǒng)、 緊急電話系統(tǒng)、有線廣播系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)共同組成。各系統(tǒng)之間相互聯(lián)系， 既避免由于某個子系統(tǒng)出故障而影響其他系統(tǒng)的運行， 又可保證整個系統(tǒng)的聯(lián)動運行。

在隧道外場設(shè)備的布設(shè)中， 隧道按A 級設(shè)計，監(jiān)控外場設(shè)備配置完整。 各監(jiān)控外場設(shè)備的布設(shè)原則如下：（1）火災(zāi)報警按鈕：設(shè)置在消火栓旁，約50 m間隔（兩端除外），安裝于行車方向右側(cè)。 （2）攝像機(jī)：隧道內(nèi)采用固定攝像機(jī)，安裝于行車方向右側(cè)，朝行車方向，間隔100～150 m，彎道附近應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證全隧道覆蓋，同時該攝像機(jī)也作為視頻事件檢測點； 洞口采用紅外球型遙控攝像機(jī)，距洞口100～200 m， 并要求設(shè)置在情報板之前20～50 m 的位置，保證白天黑夜都能清楚地監(jiān)視洞口全貌和交通狀況，并能看到情報板的顯示內(nèi)容。 （3）交通信號燈： 安裝于隧道回轉(zhuǎn)車道前20～50 m 位置。（4）車道控制燈：隧道進(jìn)出口分別設(shè)置1 套，隧道內(nèi)每隔300～500 m 設(shè)置1 套，彎道路段可適當(dāng)調(diào)整間距。 根據(jù)規(guī)范， 本隧道群中兩隧道間距離均小于500 m，因此海新一號隧道出口與海新二號進(jìn)口、海新二號隧道出口與海新三號進(jìn)口間均不需設(shè)置交通信號燈。 （5）車輛檢測器：采用視頻車輛檢測器，利用隧道內(nèi)的固定攝像機(jī)，圖像傳到中心后進(jìn)行處理，得到交通量、車速、交通事件等信息。 （6）CO/VI檢測器：每個通風(fēng)分段設(shè)置2 套，安裝于行車方向右側(cè)。 （7）風(fēng)速風(fēng)向檢測器：每個通風(fēng)分段設(shè)置1套，安裝于行車方向左右兩側(cè)。 （8）火災(zāi)報警探測器：采用光纖探測器式，1 條約400 m， 安裝于隧道頂部，并用鋼絞線固定。 （9）光強(qiáng)檢測器：成對設(shè)計，洞內(nèi)外分別設(shè)置1 臺，設(shè)置于行車方向右側(cè)，洞外部分采用立柱式安裝，洞內(nèi)部分安裝于行車方向右側(cè)隧道側(cè)壁上。 （10）門架式可變情報板：隧道左右線入口前各設(shè)置1 套。 （11）本地控制器PLC：隧道內(nèi)每隔500～700 m 設(shè)置1 套，安裝在行車方向右側(cè)隧道側(cè)壁。 （12）配電箱：隧道口設(shè)置1 套，隧道內(nèi)按300～400 m 設(shè)置1 套，為半徑約200 m 范圍內(nèi)的設(shè)備供電。

3.4 通信系統(tǒng)

3.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

本隧道通信系統(tǒng)主要由隧道緊急電話和有線廣播、光纜、通信管道等構(gòu)成。

3.4.2 系統(tǒng)概況

隧道緊急電話由監(jiān)控室電話交換設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、隧道內(nèi)緊急電話三部分組成。 電話交換設(shè)備主要包括程控交換機(jī)，緊急電話話務(wù)操作臺、維護(hù)終端、數(shù)字錄音機(jī)等；傳輸系統(tǒng)主要包括光纖接入主機(jī)、遠(yuǎn)端模塊、音頻配線架、傳輸光纜等。

隧道內(nèi)按100～150 m 間隔設(shè)置1 個緊急電話通話柱，每50 m 設(shè)置1 臺隧道內(nèi)有線廣播。 并在各隧道口設(shè)置1 個緊急電話通話柱和1 臺洞外有線廣播。

4 結(jié)語

結(jié)合廈門市海滄貨運通道 （馬青路-疏港路通道段）工程隧道群機(jī)電系統(tǒng)方案設(shè)計，認(rèn)為隧道群機(jī)電系統(tǒng)與單體隧道機(jī)電系統(tǒng)相比，存在環(huán)境因素更為繁雜、系統(tǒng)設(shè)備要求更高的情況。 因此在隧道群機(jī)電方案設(shè)計上應(yīng)根據(jù)各隧道的長度、 位置關(guān)系，以及交通量預(yù)測情況，對機(jī)電各個子系統(tǒng)及設(shè)施從其經(jīng)濟(jì)性、各個子系統(tǒng)功能的互補(bǔ)性、系統(tǒng)統(tǒng)一管理以及標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等原則進(jìn)行比較分析，從而確定其合理的方案。