公路工程隧道监控防灾系统研究

开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的1篇公路工程隧道监控防灾系统研究，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。

摘要:首先详细介绍了隧道安全监控防灾系统的内容，具体包括隧道视频检测技术、火灾自动检测技术、紧急电话报警系统、交通控制及诱导系统，其次对隧道监控防灾控制模式设计与隧道监控供配电系统进行了详细的分析，最后在整理相关的资料基础上，对隧道消防管道保温系统进行了较为系统的综合阐述。关键词:隧道;安全;防灾救援

引言：隧道监控防灾是针对可能发生的重大事故、灾害，为了保证有序、迅速、有效地开展应急救援、降低事故损失而预先制定的计划或方案，它是在评估辨识潜在重大危险、事故类型、发生可能性、发生过程、事故后果、影响严重程度的基础上，对安全机构的人员、职责、装备、技术、物资、设施、救援行动、指挥协调等方面预先做出的具体安排和措施［1－3］。

1隧道监控防灾系统概述

隧道监控系统设置通风照明控制、交通信号诱导、摄像机监视、紧急电话报警、有线广播、火灾自动检测、电光标志等监控设施，以保证车辆安全行驶，及时发现事故灾害，并在确认事故发生后对隧道通风、照明、消防设备进行合理控制，引导车辆和人员疏散逃生。

1)隧道视频检测技术:用于检测各种意外交通事件(如车辆逆行、落物、追尾等)，为制定交通控制方案提供依据，视频事件检测器主要对车行横洞、隧道进口、出口、弯道等事故多发处摄像机图像进行事件检测。

2)火灾自动检测技术:火灾报警系统能及时、准确地反馈隧道内发生火灾的地点，将信息经传输线路传递至隧道管理站。

3)紧急电话报警系统:在隧道内按照间距200m设置了紧急电话，在隧道内发生交通异常时，快速救援或及时灭火，隧道监控系统快速启动紧急情况时的联动控制程序。

4)交通控制及诱导系统:在隧道洞外联络道前设置交通信号灯，在隧道进出口及车行横洞处设置了车道指示器;同时设置了有线广播系统来进行各种运行模式下的交通疏导。

2隧道监控防灾控制模式设计

隧道管理按隧道管理站中央控制、现场PLC控制和现场手动控制控制模式设计。中央控制系统由1台容错服务器和隧道交通监控工作站、消防报警监控工作站、电力监控工作站、紧急电话广播工作站、图像处理工作站等5台工作站，2台三层以太网交换机及网管软件、数据库软件、图控软件组成。现场控制系统是中央控制系统的下位机，各PLC设置与设备密集的地方通过特定的通讯协议，以光纤环网形式相连接。根据它所管辖的设备，配以I/O单元、A/D单元或通信单元，传输指令。由于隧道现场环境恶劣，被控设备分散，传统控制方式需要大量控制线缆给项目施工和运营故障排查、维护改造都带来了极大困扰，所以本项目配备控制层采用PLC+工业测控执行器(远端I/O)的方式，以减少隧道内控制器的布置数量，减小隧道内洞室的体积，节约信号电缆，降低施工难度，提高运营维护水平。工业测控执行器为数据采集和控制执行装置，支持总线通信协议，传输距离在理想总线电缆情况下需达1200m，现场布线简单方便(仅需2芯屏蔽总线电缆，支持级联)，可以被监控设备直连(无需外接端子排、继电器)，匹配独立地址实现远程故障诊断，IP65防护等级。

3隧道监控供配电系统

3.1隧道监控供配电系统设计原则

隧道供配电系统应遵循“安全、可靠、经济”的设计原则，确定合理的供电方案。隧道供电设计应结合隧道通风、照明、消防、监控系统的分期实施方案，一次规划设计、分期实施，并结合隧道施工期间的用电情况做到“永临结合”。

3.2隧道监控供配电系统负荷分级

根据隧道用电负荷的用途及重要性，负荷分为三级1)一级负荷:应急照明设施、电光标志、交通监控设施、通风及照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾检测与报警设施、中央控制设施、排烟用射流风机。

2)二级负荷:非应急的照明设施、通风风机、消防补水水泵。

3)三级负荷:其余隧道电力负荷。

3.3隧道监控供配电系统分析

为保证变电所在市电失电时仍能为重要负荷供电，配备柴油发电机组作为第二电源为隧道一级负荷(应急照明、监控设施、火灾报警、消防水泵、排烟风机)供电，当市电失电时，柴油发电机可自动投入;当供电恢复时，柴油发电机可自动退出。此外，变电所内还配备EPS和UPS。变电所内设有

1台变压器，为隧道营运通风、照明、监控、消防等用电负荷供电。

1)高压侧均采用单母线不分段接线方式，低压侧采用单母线分段的接线方式，平时母线联络开关断开，当一台变压器因故停止供电时，其进线开关柜总开关断开，母线联络开关合闸，另一台变压器向隧道一级负荷供电，同时减掉部分风机(照明)负荷以保证变压器不过载。在各变电所内均设有无功功率补偿柜，系统功率因数≥0．95。

2)电力变压器采用SCBH15非晶合金系列10/0．4kV型铜芯低损耗干式电力变压器，采用就地操作方式，操作机构为弹簧操作机构，其操作电源为交流220V，电源由UPS不间断电源供给。

3)低压组合式抽屉式(或抽出式)开关柜与干式变压器组合成成套设备，补偿用的电力电容器采用干式无油自复式电力电容器或干式无油全膜电容器。

4)EPS和UPS应具有“遥测、遥信、遥控、遥调”的四遥功能并具有标准的ＲS232或ＲS485的通讯接口，后备时间60min。

5)柴油发电机要求起动灵活、快速加载，含启动、控制设备及监控接口。

6)在高压引入点设阀式避雷器，在变电所10kV进出线柜内均设有10kV避雷器，以防雷电侵入波侵蚀，在0．4kV总进线端、配电回路出线端、无功功率补偿柜、EPS及UPS进、出线端均设有浪涌保护器，以防雷、防过压。

7)电器装置的工作接地和保护接地共用一个接地系统，采用TN－S制，都应与接地网做可靠连接，构成等电位接地系统，变压器中性点应可靠接地。

8)在变电所附近设置接地网，接地电阻＜1a;接地体采用长2500mm的接地角钢，垂直埋设，间距5m，埋深≥0．8m，接地体埋设地点距建筑物3m;从变电所接地装置引出接地扁钢，引至左、右线隧道口，与敷设在电缆槽内的接地扁钢可靠连接。

9)采用40×4扁钢作为保护接地干线沿隧道强弱电电缆槽全线敷设，每隔50m与角钢接地极(等边角钢＜50×5，2．5m)或隧道二衬钢筋焊接一次，并在隧道洞口处重复接地，重复接地电阻不大于10Ω;采用绝缘导线作为接地保护线沿电缆桥架全线敷设，并与隧道内接地系统做可靠连接。

10)电力监控系统对所辖区段各隧道的10/0．4kV变电所和箱式变电站集中监视和控制，配置的综合自动化系统实现所内保护、数据采集处理、数据传送及执行控制中信的遥控命令等功能。电力监控系统对通风照明等回路只监不控。电力监控利用隧道监控系统提供的通信接口与隧道管理站设置进行通信，把电力监控数据传输到隧道管理站设置电力监控主机。隧道监控系统在每座变电站电力监控子站处提供100M通信通道，接口为ＲJ45。隧道内监控设备的电源引自隧道内监控配电箱，电源防雷由配电籍配置，接地线接入隧道内接地系统。隧道外监控设备电源线、信号线分别经电源防雷器和信号防雷器接入。洞内监控配电箱入线侧安装不低于C级的电源SPD。若接地系统接地电阻值达不到上述要求，应采取相应的降阻措施。

3.4隧道监控供配电实例分析

呼北国家高速公路山西离石至隰县段是G59呼北国家高速公路的重要组成部分。呼北高速公路在山西省境内，起于右玉杀虎口，经过右玉、平鲁、朔城区、五寨、临县、柳林、交口、隰县、吉县、河津、盐湖区、永济等，终点为芮城刘堡。呼北国家高速公路山西离石至隰县段作为山西省西纵高速公路中间段沟通了青银高速(规划的第八横高速公路)与霍州至永和关高速公路(规划的第九横高速公路)，是完善山西省高速公路网调整规划，提高区域高速公路网的网络化程度和整体服务水平，提升吕梁市乃至山西省的公路现代化水平。改善山西省中部地区的运输条件的需要［4－8］。为提高供电可靠性，确保隧道能正常安全且可靠运行，并综合场地环境等影响因素合理确定变电所位置，由于郭家山隧道与孔家山隧道为连续隧道，可整体看作1座隧道设置变电所，在郭家山隧道进口洞外及孔家山隧道出口洞外各设置1座10/0．4kV室内变电所为隧道供电;在中阳隧道进、出口洞外各设置1座10/0．4kV室内变电所;陈家湾隧道为特长隧道，在隧道进口洞外及出口洞外各设置1座10/0．4kV室内变电所为隧道供电;在后峪1号隧道出口洞外设置1座10/0．4kV室内变电所;在后峪2号隧道进口洞外设置1座10/0．4kV室内变电所。全线共设4处匝道收费站，分别为中阳收费站、车鸣峪收费站，交口收费站、石口收费站;隧道管理站、隧道救援站各1处，为车鸣峪隧道管理站、车鸣峪隧道救援站;养护工区2处，为中阳养护工区、石口养护工区;停车区2处，为中阳停车区、交口停产区;服务区1处，为车鸣峪服务区，其中车鸣峪收费站、隧道管理站、隧道救援站同址合建，石口收费站、养护工区同址合建，总共7处场区，建筑面积18361．03m2，占地面积209．89亩(1亩≈666．67m2)，9处隧道变电所，6处隧道水泵房，建筑面积2580．57m2。

4隧道消防管道保温系统

1)当气温低于－14．0℃时，采取常规保温(包裹保温材料)已无法防冻，为防止消防管道内的水结冻，洞内消防管道采用电伴热保温，并采用50mm厚橡塑海绵保温材料包裹，再用0．5mm厚镀锌铁皮保护;服务区最大冻土层深度为1．0m，洞外管道原则上采用直埋敷设，埋深不小于1．5m，无法直埋的采用架空敷设，采用电伴热保温，并用100mm厚橡塑海绵保温材料包裹，再用0．5mm厚镀锌铁皮保护。

2)电伴热保温系统将每根管道上的环境温度传感器测量的各温度信号转变为电信号，经A/D转换再经单片机内软件的算法处理(数学运算、逻辑运算等)，便可得知各管道的工作温度参数和电缆工作状态，如果某根管道上的伴热电缆断了，控制箱发出该路断缆的声光报警信号。

3)控制箱在环境温度低于5℃的时，自动启动各路伴热电缆加热，并配有串行通信功能，便于实现集中控制。同时还能记录管道的故障种类、时间、次数等信息，以便设备、人员的管理和备案。水泵房内管道及阀门等全部采用电伴热保温，并包裹100mm厚橡塑海绵发泡保温材料，再用0．5mm厚镀锌铁皮保护。

5结束语

隧道的防灾救援应遵循以防为主、防救结合的原则，救灾的基本理念是以人员逃生为主。针对上述内容，隧道结构应加强防火考虑，主体隧道内部装修材料选用不燃材料，隧道顶部采用防火内村，隧道内设置合理的防火分区，并按规范要求设置车、人行横洞。［ID:014619］

参考文献:

［1］李金鹏．新建隧道上跨既有隧道施工安全影响分析［J］．四川水泥，2021，43(2):164－165．

［2］罗源，甘雨丰．某基坑工程对区间隧道的安全影响分析［J］．四川建材，2021，47(5):70，89．

［3］刘雪东．铁路隧道施工安全控制措施［J］．四川水泥，2021，43(4):142－143．

［4］万本凯．公路隧道施工安全风险控制研究［J］．四川水泥，2021，43(1):105－106．

［5］申铁军．小间距加筋复合体桥台结构优势及施工技术要点分析［J］．黑龙江交通科技，2021，44(5):79－80，83．

［6］鲁平．复杂地质条件下隧道施工技术和安全管理［J］．四川水泥，2021，43(4):242－243．

［7］黎略．浅谈公路隧道设计和施工安全评估［J］．四川水泥，2021，43(3):288－289．

［8］吴定超，胥春先．圆梁山隧道防灾救援通风系统设备及控制设计［J］．四川建材，2011，37(2):176－177，180．

作者:吴非 申铁军 单位:山西路桥建设集团有限公司 山西路桥集团晋南项目管理有限公司