廣州南大干線隧道水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案研究

陳 程，顧慶福，陳麗甜

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510010）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)各地頻繁出現(xiàn)極端暴雨天氣，50 a一遇、100 a 一遇降水接二連三的侵襲各個(gè)城市。2018 年，臺(tái)風(fēng)“山竹”來(lái)襲，廣州出現(xiàn)強(qiáng)降雨、珠江水倒灌，新中軸隧道、花城大道CBD 隧道、中山大學(xué)北門隧道、閱江路磨碟沙隧道等多處重點(diǎn)位置出現(xiàn)嚴(yán)重被淹情況。2021 年，7·20 鄭州特大暴雨造成重大人身及財(cái)產(chǎn)損失，其中，京廣北路隧道3 h 被灌滿導(dǎo)致6 人遇難。為避免今后出現(xiàn)以上慘痛教訓(xùn)，城市隧道交通設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)考慮隧道淹水應(yīng)急預(yù)警措施，將災(zāi)情造成的損失降到最低。

本文提出隧道水雨情系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)主要通過對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警并干預(yù)[1]，警示駕駛員謹(jǐn)慎通過或者繞道駛離淹水隧道，必要時(shí)自動(dòng)攔截進(jìn)入隧道車輛，防止意外發(fā)生。本文結(jié)合廣州南大干線工程金光東大道隧道實(shí)例，研究水雨情系統(tǒng)具體設(shè)置方案。

1 項(xiàng)目工程概述

廣州南大干線項(xiàng)目是省級(jí)重點(diǎn)工程，位于番禺北部，全長(zhǎng)30.32 km，被譽(yù)為番禺交通“大動(dòng)脈”。南大干線規(guī)劃定位為城市快速路，主要為中長(zhǎng)距離的快速交通運(yùn)輸服務(wù)，滿足各功能組團(tuán)分區(qū)之間的快速通達(dá)。主線雙向8 車道，兩側(cè)各設(shè)單向雙車道輔道，主線設(shè)計(jì)車速80 km/h，輔道采用40 km/h。

南大干線設(shè)置立交25 處，其中含下穿隧道11座，存在隧道淹水事故風(fēng)險(xiǎn)，本次示例點(diǎn)為工程5 標(biāo)范圍下穿金光東大道隧道，位置如圖1 所示。該隧道全長(zhǎng)575 m，最大縱坡為3.412%。

圖1 南大干線隧道分布以及項(xiàng)目示例位置圖

2 隧道水雨情系統(tǒng)技術(shù)路線

本次方案提出系統(tǒng)架構(gòu)主要由監(jiān)測(cè)端-管理端-發(fā)布及警示端三個(gè)部分組成[2]，每個(gè)部分具體內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 水雨情系統(tǒng)技術(shù)路線

（1）監(jiān)測(cè)端：通過液位傳感器進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道內(nèi)部影像。（2）管理端：后臺(tái)管理平臺(tái)接受前端監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)具體情況調(diào)控前端交通設(shè)施。（3）發(fā)布及警示端：前端通過控制車行信號(hào)燈、情報(bào)板、物理道閘和其他交通設(shè)施，警示以及干預(yù)進(jìn)出隧道車輛[3]。

3 隧道水雨情系統(tǒng)方案

水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將下穿隧道、水位監(jiān)測(cè)和交通誘導(dǎo)結(jié)合起來(lái)，在隧道入口處設(shè)置道路指示燈，在積水達(dá)到預(yù)警水位時(shí)，提醒車輛謹(jǐn)慎通行；在積水達(dá)到危險(xiǎn)水位時(shí)，警示車輛繞行，攔截進(jìn)入隧道車輛，最大化降低人員傷亡及車輛受損的事故發(fā)生率。水雨情系統(tǒng)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 水雨情系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 系統(tǒng)管理平臺(tái)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將采用“分散監(jiān)測(cè)，集中控制”模式[4]，管理平臺(tái)基于GIS 系統(tǒng)，通過終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理，根據(jù)液位傳感器反饋信息即時(shí)了解隧道積水情況，同時(shí)可通過高清攝像頭畫面進(jìn)一步確認(rèn)，以防傳感器誤觸發(fā)。系統(tǒng)后臺(tái)為物聯(lián)網(wǎng)通信云平臺(tái)，展示監(jiān)測(cè)站、交通控制站實(shí)時(shí)狀態(tài)，支持實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)對(duì)接，保存監(jiān)測(cè)到的積水深度數(shù)據(jù)，向值班人員發(fā)出聲光報(bào)警、短信息報(bào)警和電子郵件報(bào)警。數(shù)據(jù)云平臺(tái)支持歷史積水信息的存儲(chǔ)和當(dāng)前積水情況的共享，結(jié)合PC 軟件、網(wǎng)頁(yè)、移動(dòng)端APP 或公眾號(hào)進(jìn)行發(fā)布。根據(jù)不同積水情況，管理部門可提前響應(yīng)并制定相應(yīng)措施，在積水加深前安排搶修排水設(shè)施，抽排積水，保持道路正常通行。

3.2 前端水情監(jiān)測(cè)

隧道水位監(jiān)測(cè)終端，采用電容感應(yīng)式傳感器檢測(cè)水位，內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，當(dāng)積水水位到達(dá)傳感器的安裝位置時(shí)，如圖4 所示，系統(tǒng)檢測(cè)到傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)過濾波和分析后，系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)把信息傳輸至系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器，控制終端根據(jù)服務(wù)器指令控制車道指示燈和LED 信息發(fā)布屏顯示相應(yīng)狀態(tài)。

圖4 水位監(jiān)測(cè)安裝圖

隧道水位監(jiān)測(cè)終端主要涉及以下內(nèi)容：

（1）水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括電容感應(yīng)式水位傳感器、控制終端、通信模塊、IP68 防水密封盒、不銹鋼傳感器防護(hù)罩、大容量安全電池等部件。

（2）水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝到隧道地勢(shì)最低位置，正常情況下水位監(jiān)測(cè)站每3 min 采集一次水位數(shù)據(jù)，每小時(shí)自動(dòng)上報(bào)一次數(shù)據(jù)，以保證設(shè)備在最低功耗狀態(tài)下運(yùn)行；在監(jiān)測(cè)到積水時(shí)，自動(dòng)切換到每10 s 監(jiān)測(cè)一次水位，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)后臺(tái)，在形成災(zāi)害時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。

（3）監(jiān)測(cè)裝置具備防誤報(bào)功能，程序設(shè)定積水淹沒水位警戒線60 s 后觸發(fā)報(bào)警，當(dāng)車輛經(jīng)過積水處產(chǎn)生的短暫濺水不會(huì)觸發(fā)報(bào)警，觸發(fā)報(bào)警的時(shí)間可根據(jù)管理部門的實(shí)際需求進(jìn)行后臺(tái)修改。

（4）監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)具備自檢功能，如發(fā)生傳感器被車輛剮蹭的現(xiàn)象，后臺(tái)監(jiān)測(cè)到異常會(huì)及時(shí)將信息反饋給管理部門。

根據(jù)車輛的車輪、底盤、排氣口等部件的高度設(shè)置積水水位警戒線（最高25 cm）,并按階梯分級(jí)設(shè)置正常通行- 警示通行- 嚴(yán)禁通行高度。不同積水深度對(duì)應(yīng)的不同位置的警示交通設(shè)施響應(yīng)如表1 所示。

表1 隧道積水警戒情況及設(shè)備響應(yīng)

當(dāng)檢測(cè)地點(diǎn)無(wú)積水或者積水深度小于等于5 cm時(shí)，系統(tǒng)無(wú)警告信息，隧道口指示燈顯示綠色箭頭，隧道內(nèi)可正常通行。

當(dāng)檢測(cè)地點(diǎn)積水深度大于5 cm，小于等于25 cm時(shí)，系統(tǒng)發(fā)布隧道積水警示信息，并實(shí)時(shí)通知相關(guān)人員隧道內(nèi)積水，注意及時(shí)安排人員巡查及清除積水，隧道口指示燈顯示綠色箭頭，LED 顯示屏發(fā)布信息提醒車輛謹(jǐn)慎通行。

當(dāng)檢測(cè)地點(diǎn)積水深度大于25 cm 時(shí)，系統(tǒng)發(fā)布隧道積水超過安全水位警告信息，隧道入口處啟用物理閘機(jī)，封閉隧道通行，隧道頂指示燈顯示紅色X，主輔分流處車道車行信號(hào)燈自動(dòng)顯示主線紅燈輔道綠燈，實(shí)現(xiàn)分流控制，及時(shí)快速疏散車輛，并通知相關(guān)人員隧道內(nèi)積水嚴(yán)重，及時(shí)安排相關(guān)人員清楚積水、疏散交通。

3.3 交通設(shè)施設(shè)置

項(xiàng)目于南大干線下穿金光東大道隧道東往西方向入口處，設(shè)置隧道水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端相關(guān)交通設(shè)施，如圖5 所示，具體交通設(shè)施包括以下內(nèi)容。

圖5 南大干線金光東大道隧道水雨情前端系統(tǒng)設(shè)置示例

第一重警示：主線出口前設(shè)置LED 可變情報(bào)板和指路標(biāo)志牌，提前預(yù)告前方道路情況，提供第一次警示和足夠變道距離。

第二重警示：主線出口處設(shè)置LED 可變情報(bào)板和分車道車行信號(hào)燈，進(jìn)一步警示駕駛員注意當(dāng)前隧道積水情況，如隧道內(nèi)積水超過安全線時(shí)，LED 顯示禁止通行信息，同時(shí)車道車行信號(hào)燈顯示紅燈，將車流引流至輔道。

第三重警示：于隧道下坡起點(diǎn)處設(shè)置柔性物理道閘，并在隧道閉口段入口處設(shè)置隧道指示燈，當(dāng)積水嚴(yán)重時(shí)，隧道指示燈顯示紅色“X”，下坡起點(diǎn)處關(guān)閉物理道閘，道閘設(shè)置示例如圖6 所示；裝配攝像頭對(duì)隧道內(nèi)淹水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；配置高音喇叭對(duì)被困人員進(jìn)行語(yǔ)音疏離。

圖6 隧道道閘設(shè)置示例圖

4 結(jié) 語(yǔ)

隧道水雨情系統(tǒng)采用“三+ 三”架構(gòu)系統(tǒng)，前者“三”由監(jiān)測(cè)端、管理端和發(fā)布及警示端組成，后者“三”由前、中、后三重警示端組成，形成有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、干預(yù)系統(tǒng)，最大化降低了隧道淹水帶來(lái)的人身事故損失，體現(xiàn)了黨和國(guó)家以人為本、生命至上的執(zhí)政思想，建議全國(guó)各地針對(duì)易澇隧道根據(jù)實(shí)際情況布置水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完善積水水位線高度設(shè)置，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)水位監(jiān)測(cè)和自動(dòng)警示的智能應(yīng)急功能。