浅谈公路隧道机电工程

浅谈公路隧道机电工程

李帅

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摘要：为实现其安全、可靠、可控、经济、稳定、便捷的功能，公路隧道机电系统设计分为以下八个系统：照明系统、通风系统、交通控制系统、火灾探测报警系统设计消防系统、通信广播系统、应急疏散控制系统、中央控制系统、供配电系统等。阐述了隧道机电工程中各系统的设置、特点和工作模式。

　　关键词：公路隧道；机电工程；公路建设；施工里程

引言
　　在山区公路建设中，隧道方案因其具有克服高程和地形障碍、改善整体线形、缩短行驶里程等诸多优点而得到广泛应用。建设里程逐年增加，建设规模也不断扩大。但公路隧道，尤其是长隧道，光照变化大、空气质量差、环境噪声大等因素，比普通路段更容易发生交通事故，并存在二次事故的可能。因此，长隧道的安全保障是隧道施工和运营过程中特别关注的问题。隧道机电工程作为一门应运而生的新兴学科，肩负着在满足隧道日常运营的基础上有效做好防灾减灾工作的重任。
　　为实现其安全、可靠、可控、经济、稳定、便捷等功能，公路隧道机电系统设计分为以下八个系统：照明系统、通风系统、交通控制系统、探火报警系统以及消防系统、通信广播系统、应急疏散控制系统、中央控制系统、供配电系统等。本文对八大系统进行粗浅的探讨。
一.照明系统
　　隧道照明系统是十大系统中最重要的设施之一。根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）规定，长度大于100米的隧道应设置光电照明设施。根据视觉适应要求，隧道照明主要由白天照明和夜间照明两种工况组成。分为隧道照明和隧道照明。隧道照明包括入口段、中段、过渡段、出口段、应急照明；洞外照明包括引道照明、引道段调光照明等。同时，由于隧道建筑本身的特殊性，其白天照明问题比夜间照明更为复杂。在设计过程中，充分考虑行驶速度、车流量等因素，针对各种工况进行分段照度和亮度计算。针对洞外复杂的天气亮度变化，通过洞口外照度计和洞内照度计的数据采集，照明控制计算机（PLC）自动控制和调节，达到节能的目的，同时满足照明要求。
二.通风系统
　　公路隧道根据其长度和车流量可采用不同的通风方式，可分为自然通风、纵向通风和竖井纵向联合通风。
　　自然通风主要是利用自然风和汽车运动产生的活塞效应，使空气进行对流，从而达到通风的目的。从世界各国的实践来看，对于长度小于200米，甚至200-500米的双向隧道，在交通量不大的情况下，可以考虑自然通风。
　　纵向通风是一种直接从一个开口引入新鲜空气，从另一个开口排出污染空气的方式。主要适用于中长距离隧道及中等交通条件。射流风机通常沿隧道纵向以适当的间隔安装。在自然通风不足的情况下，采用射流风机补充新鲜空气，达到换气的目的。
　　竖井竖向联合通风是在竖向通风的基础上，在隧道内设置竖向竖井，实现长隧道分段通风的方法。主要适用于隧道超长、车流量大的场合。根据不同类型的隧道，它们安装在中间或出口侧，以发挥不同的作用。
　　根据隧道的不同长度和不同的通风方式，将布置在隧道内的CO探测器检测到的CO值和烟气透过率探测器检测到的VI值与控制目标值进行比较，通风控制计算机经过（PLC）处理，给出控制方案，引导隧道内风机启动。
　　任何隧道，通风设计的设计方案都有很多，关键是要选择施工安装投资少、运行管理成本低、综合经济效益好的方案。
三.交通控制系统
　　为实现公路隧道在不同工况下的控制策略，保持安全、舒适、高效的特点，中长隧道普遍配备交通监控系统。该系统主要具有交通诱导和控制功能、车辆检测功能和闭路电视监控功能。
　　交通诱导与控制用于隧道正常通行、火灾、事故、维修等各种工况下的交通控制，通过切换交通信号灯来关闭、开启或改变隧道运行方式。主要包括车辆检测器、交通信号灯、车道指示器、可变限速标志、可变信息板等设备。
　　通常，根据车辆检测系统检测到的车流密度，通过可变限速标志、红绿灯等设施实施交通管制；根据交通流量和隧道运行方式，通过车道指示器和可变信息板实施交通控制诱导控制。所有信号检测和引导控制均由交通区域控制器（PLC）完成。
　　由于公路隧道是全封闭的运营模式，为了及时了解隧道内的交通情况，第一时间发现事故和灾害，在隧道内安装闭路电视（CCTV）监控系统是绝对必要的，尤其是在中、高长隧道。闭路电视监控系统一般包括洞口监控和洞内监控。采用全天候微光三可变镜头摄像机、电动云台、定点定焦摄像机进行全方位实时监控。
四.火灾探测报警及消防系统
　　隧道是一种特殊的管状结构，存在潜在的交通事故和火灾隐患。火灾发生后，将对隧道主体和人身安全造成极大危害。因此，预防火灾，阻止灾害扩大，防止严重后果，就是火灾探测和报警。消防系统的重要目标。
　　火灾自动报警与消防系统一般包括以下技术内容：火灾参数的有效检测与模式识别、火灾探测信息数据处理与自动报警、消防设备联动控制、自动消防系统计算机管理与监控数据网络通信、火灾监控系统工程设计、施工和管理使用维修技术等。

　　报警系统包括自动报警和手动报警，其中手动报警是通过安装在隧道内一定距离处的报警按钮将报警信号传送到消防值班室。自动报警器是通过火灾探测器感知附近区域发生火灾时的物理或化学现象，将火灾发生初期产生的烟、热、光转化为电信号，输入到报警器中。计算机自动报警系统。处理后联动报警或开启灭火装置。灭火系统一般以水灭火为主，化学灭火为辅。通常由两端高位水池保持一定管压供水，消防水泵后期补水配置。
　　随着微电子、监控、自动控制和计算机通讯等技术的发展，我国逐渐形成了火灾探测和自动报警的基本内容，计算机协调控制和管理各种灭火和灭火设备。，具有一定的自动化和智能化程度。现代化的隧道火灾自动报警系统。
五.通讯广播系统
　　隧道机电工程通信广播系统包括有线和无线两部分。有线通信是解决洞内人员与外界的通信，发生意外时及时报警。通过在隧道内一定距离设置报警电话，实现与控制中心的联系；无线通信是通过洞穴中的定向无线。系统为进入洞穴的无线通讯设备提供服务；有线和无线广播主要用于交通信息发布、现场管理等，一般每两条水平隧道之间设置一组有线广播。
六.紧急疏散控制系统
　　为了应对隧道内可能发生的重大交通事故和火灾，在隧道内设置有效的应急疏散系统是十分必要的。双向长隧道一般设置车行横道和人行横道。一旦其中一条隧道发生紧急情况，经中控室确认后进入紧急疏散控制状态，并下达控制指令。紧急广播和交叉通道的卷帘门将被打开，指挥被困车辆和人员通过交叉通道进入另一洞室撤离，并组织人员实施救援，防止事态扩大。
七.中央控制系统
　　该部分是整个机电工程的中心，汇集了隧道内所有的现场检测信号和控制信号。中央控制计算机以多层网络的形式实现对各系统的控制和管理，协调各子系统的联动和联动控制，并利用人机对话实现人工干预控制与系统自动控制的有机结合。
八.供配电系统
　　供配电系统是隧道机电工程的关键系统。它的运行情况直接关系到整个隧道的正常运行。鉴于系统在整个机电工程中的重要作用，要求在供配电过程中满足安全、可靠、优质和经济的要求。
　　根据《公路隧道设计规范》的规定和要求，隧道通风、照明、监控、消防等重要用电负荷为一次负荷，宜采用两路电源供电。同时，应设置独立的备用电源和应急电源。因此，在实际设计过程中，通常采用高压双回路（来自不同供电回路）、高压计量、低压无功补偿的供电方式（或加装自动发电机组）.对于特长隧道或隧道群，考虑到供电线路距离长可能造成较大线损，可采用高压集中配电，可设置多个变电站供电，减少线损。对于中短隧道，为节省投资和降低人员操作成本，可考虑采用箱式变电站。为保证隧道内设备用电的可靠性，必须采用UPS供电。当供电系统出现停电时，UPS电源会在发电机未完全启动前取代市电，继续向用电设备供电，确保特别重要负载的不间断供电。
　　结语
　　目前，公路隧道机电工程设计还处于经验积累阶段，需要逐步完善，更好地应用新技术、新工艺解决实践过程中发现的问题。相信在不久的将来，这门学科会大放异彩，为高速公路的安全便捷运营铺平了道路。
　　参考文献
[1]李晓春，谢开炎．浅谈隧道机电工程（公路2000年1月）．
[2]赵忠杰．公路隧道机电工程[M]．北京人民交通出版社，2007．