甬台温高速公路大溪岭隧道机电改造工程设计 [复制链接]

甬台温高速公路大溪岭隧道机电改造工程设计Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
摘要：大溪岭隧道机电工程是我国第一条由国内设计、施工的特长高速公路隧道机电工程，产生了较好的社会效益和经济效益。经过几年运行后，部分设备需进行改造。较详细地介绍了改造工程的设计方案，特别是闭路监视系统、火灾报警系统、紧急电话和广播系统、视频车检系统、中央控制和管理系统。关键词：高速公路；隧道机电工程；改造工程；设计Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
文章编号：1009—6477{2005}06—0127—04 中图分类号：U453．7 文献标识码：AÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Design of Electrical and Mechanical Modification Project ofÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Daxiling Tunnel of Yongtaiwen ExpresswayÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
DU Chang-dong．LEI Rong-fuÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Abstract：Electrical and mechanical modification project of Daxiling tunnel needs to be modified after a fewyears’running．This paper introduces the design of modification project in detail,ineleeding CCTV system，firealarm system，emergency telephone and broadcast system，video vehicle detector system，eenter control andmanagement system ．Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Key Words：expressway；electrical and mechanical engineering of tunnel；modification project；designÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　甬台温高速公路是交通部规划建设的黑龙江同江至海南三亚沿海主骨架公路中的一段。其中大溪岭隧道于1998年建成通车，为当时国内最长的公路隧道，全长4 116 m。大溪岭隧道机电工程是第一个完全由国内设计、施工的高速公路隧道机电工程，设有通风照明系统、火灾报警系统、紧急电话系统、交通控制与诱导系统、广播系统、闭路监视系统、供配电系统、消防系统、中央管理与控制系统等。随着时间的推移和科学技术的发展，大溪岭隧道机电系统有些设备已陈旧或技术已落后不能满足隧道运营管理的需求。因此，需对该工程部分设备或分系统进行更新改造。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
1 设计简介Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
1．1 原有系统简介Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　大溪岭隧道原设有以下几个机电系统：通风照明系统：通风采用全射流风机(每隧道8组16台)纵向通风，照明分正常照明和应急疏散照明。消防系统：泵送高压水池给水式，每50 m设1处消防栓及灭火器。供配电系统：采用双回路供电，高压计量，并设有电力监测系统，实现就地和远程控制各配电回路。火灾报警系统：采用紫铜管自动检测技术，手动报警按扭每50 m设1处。紧急电话系统：每200 m设1处。有线广播系统：在洞内紧急停车带附近设置扬声器。闭路电视系统：每150 m设1处定焦摄像机。交通控制与诱导系统：在隧道口和洞内设置交通信号灯、车道指示器、车辆检测器、可变限速标志、可变情报板等。中央管理与控制系统：设置模拟电子显示屏及各个系统控制台。上述机电系统管理模式采用“纵向独立模式”，即各系统互为独立，由中央控制与管理系统整合为一个整体。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
1．2 需要改造的原因及系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(1)由于当时《公路隧道交通工程设计规范》没有颁布，在设计工作中只能参照其它行业的标准及规范，这些标准及规范与公路隧道机电工程实际情况有一定的差别。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(2)由于当时国内隧道机电工程刚刚起步，基本没有隧道专用设备，只有采用其它行业设备。由于公路隧道环境十分恶劣，很多机电设备在隧道内使用性能和效果均不甚理想，损坏率高。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(3)由于科学技术的快速发展，新技术、新产品层出不穷，特别是计算机技术、电子技术和通信技术的迅速发展，更加促进了隧道机电系统的发展。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(4)由于隧道车流量的不断增加以及时代的进步，对隧道的运营提出了更新更高的要求，以前的设施已经跟不上日夜提高的隧道运营管理要求。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　因此，对大溪岭隧道机电工程的改造提上了议事日程。强电部分由于当时技术成熟，经过5年的运行，完全能满足运营管理要求，因此本次改造原则上不对强电部分进行改动。弱电部分则相反，当时技术不成熟，处于探索阶段，经过5年的发展，已有质的突破，很多设备均为隧道环境而设计，技术成熟，故弱电部分是此次改造的重点。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
1．3 设计理念Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　本次改造设计本着以人为本，安全至上的理念，注重先进、经济、实用的顺序原则，运用系统的思想对原机电系统进行改造设计。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　(1)充分考虑各个专业之间的协调沟通需求，进行总体的规划。把整个隧道按摄像机监视范围100 in，分成82个监控分区，每个监控分区包括相应的紧急电话和广播系统以及火灾报警系统，使各个系统有机地结合在一起，形成一个整体，为隧道的运营管理提供友好的界面，充分体现以人为本的思想。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　(2)本着安全至上的理念，对部分有安全隐患的设施进行更换或加固，使司乘人员有个安全舒适的行车环境。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　(3)把握改造的本质，把需要完全改造和部分改造以及不需要改造的项目区分清楚。与隧道管理人员充分沟通，进行详细的实地调查，作好一手设计资料，并认真吸取其它隧道的设计、建设、运营经验。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　(4)做好本项目隧道机电系统与调整高速公路其它系统之间的协调和配合，使隧道机电系统能融人浙江省和台州市高速公路机电系统之中，使隧道的信息和省、市系统的信息能够共享。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2 设计论述Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．1 闭路电视监视系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　闭路监视系统原摄像机间距为150 m。经过5年运行，证明原设计间距偏大，存在监视盲区，不能对全隧道进行监视。并且随着交通流量大幅增加，特别是集装箱、大型货车数量的增加，使得隧道监控人员无法看清大型车后的小车。不能及时有效地发现问题，给隧道正常的监视带来困难。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
为了尽量利用原有的管道，减少施工工程量，节约资金，且由于现在很多隧道的摄像机间隔为100m，运营管理反映很好，故本次设计将隧道内摄像机按100 m设置，能覆盖整条隧道且不存在盲区，有效地减少了大型车对小车的遮挡。监视分区按摄像机监视范围100 m，把隧道左右洞分成82个区。本次设计还增加了对特殊区域的重点监视，即在人行横通道、车行横通道、紧急停车带和变电所均装上摄像机。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　本次设计增加的图像数量较多，导致电视墙屏上监视器达到48台。因此对图像提出了分组同步切换的要求。同步采用电源同步方式，监控设备的电源均来自中控室的UPS电源，使得图像分组切换在同一时间完成，图像切换没有失真现象，给人以良好的视觉效果。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．2 火灾报警系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　原火灾报警系统使用的紫铜管火灾检测系统采用机械膜盒，灵敏度难以调节，容易产生误报警，经过几年运行已经瘫痪，故本次设计采用其他火灾检测技术。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　现在国内运用比较成熟的火灾检测技术主要是双波长火焰探测器和测温光缆2种技术。火焰探测器通过捕捉火焰特有的跳动频率和特征光波分布特性作出判断。采用带电检测易受电磁干扰，且对不产生火焰的火灾检测困难；采用综合盘方式安装在隧道壁上，容易被车辆撞坏；而测温光缆技术利用温度上升引起光纤si02品格振动加剧，使光子发生光散射，通过对散射光的分析判断光纤温度。光纤本身是用石英材料所造，不受电磁干扰，可使用在带电环境中，并且可以在高温下长时间生存。安装在隧道顶部，不易受破坏。综合考虑，本次设计采用隧道专用光缆火灾探测系统。测温光缆沿隧道顶部全线铺设，探测隧道内的温度变化。为了在发生火灾的时候摄像机能顺利准确地切换到火灾发生地点，火灾分区范围和闭路监视范围一致，均按100 m设置。根据隧道的温度分布特点设置各个分区的绝对温度和温升速率报警值。手动报警按钮按50 m一个设置在消防箱旁，调整手动报警按钮和摄像机的设置位置，以便在报警时摄像机能清楚看见手动报警按钮处发生的情况，处于摄像机最好视野范围内。施工实践和运营表明，该方案为运营管理带来很大方便。管理人员可以直观地看到整条隧道的温度变化情况，并且可以随时查询历史记录，特别是可以根据实际情况调整分区以及每个分区的设置(绝对温度报警值、温升速率报警值以及其它参数)，具有很大的实用价值。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．3 紧急电话和广播系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　隧道原有紧急电话分机不是隧道专用紧急电话分机，在隧道特殊的恶劣环境下效果不理想，运行2年后，设备基本损坏，无法正常使用。广播系统原为独立系统，采用大功率高音喇叭，广播效果不理想。为了操作方便，减少维护成本，本次设计将紧急电话和广播整合为一个系统。为了彻底消除音频信号和其它弱电信号的相互干扰，减少信号传输衰耗，确保系统语音质量，采用光纤型紧急电话和广播系统。本次设计紧急电话分机采用隧道专用分机，它专为隧道环境设计，适应隧道背景噪声大，湿度大，油烟大，污染严重的特点。隧道分机按200 m布设，传输利用2芯光缆组成环网。分机采用分歧尾纤并行连接方式接入，这样使任意一个或数个分机损坏均不影响其它分机的使用，保证整个系统的长时间稳定运行。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
广播系统根据实际使用要求和隧道噪音特点进行综合考虑。按照声学传输特性，扬声器不宜采用两扬声器对向式安装，故隧道内扬声器采用面向汽车行驶方向安装。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　设计采用高灵敏度指向性专为语言传声而设计的号角扬声器。配合有效的声学传输计算进行位置和角度设置。为避免在隧道内产生混响干扰，得到清晰语音效果，需要解决2个问题：Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(1)直达声的声压要大于平均噪声l0 15 dB；Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(2)要改善声音含糊现象。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　经现场实测大溪岭隧道的平均噪声约为8090 dB，即扬声器的直达声压要达到90 105 dB以上，设计选用扬声器具有以下特点：Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(1)灵敏度高，1 m／1w的声压达106 dB，最大声压达116 dB；Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(2)达到最大声压仅需输入10 W电功率；Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
(3)用高质量防腐材料制造，对环境要求低，防水防尘性能好，经得起各种工业污染的考验，适应隧道的恶劣环境。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　通过经典声学传输公式Lp=I_o+10 X lgPL一20X lgr计算可知：距扬声器4 m处的直达声的声压为：Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Lp=I_o+10 X lgPL一20 X lgr=106+10 X lgl0—20 X]g4=104 dBÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
距扬声器20 m处的直达声的声压为：Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Lp=I_o+10 X lgPL一20 X lgr=106+ 10 X lgl0—20 X]g20=90 dBÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
距扬声器25 m处的直达声的声压为：Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
Lp=I_o+10 X lgPL一20 X lgr=106+ 10 X lgl0—20 X]g25=88 dBÁ‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　因此，在距扬声器20 m以内，直达声压高于隧道平均噪声l0一l5 dB，可以清楚听见广播的声音，处于理想的听音区域内；在距该扬声器25 m时，直达声压降至88 dB，略高于隧道平均噪声，不会与下一扬声器的声音发生混响，处于非理想的听音范围之内。根据以上计算，设计扬声器按25 m间距布设。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　广播系统的控制采用与紧急电话系统联合控制的方式。利用紧急电话系统的信令结构对每一个扬声器功放进行独立控制，分组控制和全部控制。选址功放模块设置在紧急电话分机处，控制所辖区域200 m范围内，2组扬声器(每组4个扬声器)的广播，扬声器的分组与闭路电视监视分区相一致，每组扬声器对应一个监控分区。调试结果表明：在隧道内噪声不大于90 dB的情况下，汽车在隧道入口处或隧道内低速行驶时，车内人员能听清广播声音，完全达到设计和运营的要求。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．4 视频车检系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　原隧道采用的是环形线圈车辆检测器，该设备使用寿命短，在隧道内设备容易坏，现已基本不能正常工作。鉴于目前车检器的发展状况，本次设计采用视频车辆检测器。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　与传统的感应线圈车检器相比，视频车检具有能提供更多更直观的交通信息和数据的优点。1台视频车检摄像机可监视多个车道，可视图像使管理更直观。视频车辆检测器能够避免因道路养护造成的对传统车检器检测线圈的破坏，从而减少系统的维护工作，为系统长期稳定的运行提供了保证。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．5 中央管理与控制系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　由于大溪岭隧道中央管理与控制计算机系统已使用了5年，加上闭路监视系统和车检系统的改造，使得图像数量增加很多。由于原地图板系统显示呆板不灵活．不能满足运营管理的要求，因此需要对中央控制与管理系统进行全面改造。本次设计计算机系统全部更新，采用更先进、更实用的计算机及相应控制部件。监视墙结合闭路监视系统进行设计，监视墙按隧道左右洞分开布置，设置2组4×6的监视墙，按一定规律轮流切换摄像机监视图像。结合中控室面积和房建结构条件，在监视墙中间设1套2×3的显示灵活的50 in背投大屏系统。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
2．6 其它系统Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　自从光电诱导标引人中国以来，它的作用受到广大司乘人员的肯定，本次设计在隧道出入口设置光电诱导标。光电诱导标设置在路缘石上，在隧道人口端和出口端形成黄光诱导带，在驾驶员刚进入隧道眼睛尚未完全适应隧道环境之前，起到明显的诱导作用，在出隧道时给驾驶员一个提醒功能。并且光电诱导标具有闪烁功能，使效果更加醒目，驾驶员反映良好。以前机电设置安装，一般采用膨胀螺钉固定在隧道壁上。由于隧道振动和油烟比较大，长时间的影响后，膨胀螺钉会逐渐锈蚀松动。经检查，部分隧道设备有少许松动现象，如果不采取措施会形成安装隐患。对于这次不改造的设备，采用植筋螺杆加盖板的方式进行加固；对这次改造或新增的设备，摒弃膨胀螺钉，采用植筋螺杆，彻底消除机电设备对行车安全的影响。Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
3 结语Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
　　任何设备都有其自身的使用寿命。特别是我国隧道机电工程起步较晚，前期很多设备都不是专用设备，由于隧道环境恶劣，设备损坏较快。随着时间的推移，我国的隧道机电工程将很快从现在的新建高峰进入改造和新建的双高峰，希望本文能够为其它隧道机电设备改造提供借鉴。杜长东，雷荣富(重庆交通科研设计院，重庆市400067)Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
参考文献Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
[1] JTJ 026—90，公路隧道设计规范[s]．勘察设计网　Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
[2] JTG／T D71—2OO4，公路隧道交通工程设计规范[s]．Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
[3] GB 50198—94，民用闭路监视电视系统工程技术规范[s]．Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
[4] GB 50116—98，火灾自动报警系统设计规范[s]．Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
[5] GB 50174—93，电子计算机机房设计规范[s]．Á‚¹v§ŒÉ]­Âbbs.3c3t.com묱¶ùíuõÈ
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