■岳自森

溫州甬臺溫高速公路隧道安全智能系統(tǒng)改造方案

■岳自森

甬臺溫高速公路溫州段隧火災(zāi)報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、道汽通門、照明燈具等存在一定故障，需要對系統(tǒng)進(jìn)行改選。通過對故障的分析，特制定出可行性改選方案。

背景概況

浙江省甬臺溫高速公路溫州段（簡稱溫州段）全線共包含1個收費(fèi)監(jiān)控分中心，雁蕩、瑞安、平陽3個隧道管理所，其中雁蕩管理所轄雁蕩山隧道（1350米）、雁蕩南隧道（1460米）、金山隧道（430米）、杏灣山隧道（340米）共4條隧道，瑞安管理所轄三都嶺隧道（1715米），平陽管理所轄外籠山隧道（1360米）、仙巖隧道（1630米）、箭岙隧道（580米）。

溫州段隧道機(jī)電系統(tǒng)分三個階段，在2002年至2003年期間建成，系統(tǒng)運(yùn)行時間已逾8年，部分機(jī)電設(shè)備已經(jīng)超過行業(yè)規(guī)定的使用壽命。溫州段處于浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，交通運(yùn)輸十分繁忙，由于該路段隧道內(nèi)常年車流量很大，產(chǎn)生的煙塵、尾氣和沿海鹽霧侵蝕，導(dǎo)致隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行環(huán)境惡劣，車流量大交警部門對于封洞進(jìn)行維護(hù)批準(zhǔn)困難，使機(jī)電設(shè)施無法及時得到有效的維護(hù)保養(yǎng)，較多機(jī)電設(shè)備長期帶病運(yùn)行，造成該路段隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施故障頻發(fā)，部分系統(tǒng)甚至已陷入癱瘓狀態(tài)，給隧道內(nèi)行車安全留下較為嚴(yán)重的隱患。

通過現(xiàn)場踏勘調(diào)研，目前亟待解決的問題主要包括：隧道內(nèi)汽通門無法正常開啟、關(guān)閉；火災(zāi)報警系統(tǒng)無法正常使用；視頻監(jiān)控和照明燈具損壞得不到及時更換，表面油污得不到及時清洗等。

故障情況分析

汽通門故障分析

通過對隧道現(xiàn)場勘察，造成汽通門故障的主要因素包含以下幾個方面：

一是目前本路段隧道內(nèi)所采用的卷簾門面積均超過60m2，在汽通門關(guān)閉的情況下，隧道內(nèi)車輛通過時產(chǎn)生的氣流對卷簾門的沖擊極易造成門體本身的脫軌、扭曲現(xiàn)象；二是當(dāng)汽通門處于開啟狀態(tài)時，門體重量全部由卷軸承重，長期開啟易造成卷軸彎曲、變形；三是限位開關(guān)的失靈造成卷簾門拉放過度。

火災(zāi)報警系統(tǒng)故障分析

根據(jù)對火災(zāi)報警系統(tǒng)的報警主機(jī)、通信線路、隧道內(nèi)綜合盤等設(shè)施逐一排查，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)火災(zāi)報警綜合盤、隧道管理所火災(zāi)報警主機(jī)的故障現(xiàn)象很少，造成火災(zāi)報警系統(tǒng)無法正常工作的主要原因是通信線路的故障，而造成通信線路故障的直接原因是雷擊。

■ 圖1：汽通門土建結(jié)構(gòu)圖

■ 圖2：整改后的門體設(shè)計圖

■ 圖3：火災(zāi)報警信號傳輸示意圖

由于本路段火災(zāi)報警系統(tǒng)建設(shè)時間較早，當(dāng)時所采用的信號傳輸介質(zhì)為電纜，而本路段各隧道所處地段均為雷擊多發(fā)的山地區(qū)域，因此，室外敷設(shè)的電纜極易誘發(fā)雷擊。

攝像機(jī)和燈具工作分析

主要常被車輛上飄起的篷布刮擦，造成設(shè)備的脫落。

改造方案

汽通門改造方案

根據(jù)對故障現(xiàn)象和現(xiàn)場情況的綜合分析，卷簾防火門模式的汽通門很難從根本上杜絕以上現(xiàn)象的存在，因此，需要一種結(jié)構(gòu)更為合理，抗風(fēng)強(qiáng)度更高的產(chǎn)品來替代目前的汽通門。通過對現(xiàn)場情況的進(jìn)一步分析，采用向兩側(cè)平滑開啟的鋼制防火門更為符合本路段的實際情況。（如圖1）

由上圖可看出，洞口兩側(cè)有足夠的空間允許向兩邊開門。

汽通門洞土建高度約7m，若平移門開門高度全部覆蓋整個門洞，則平移門的面積過大，一方面安裝較為困難，另一方面由于門體本身的重量較大，造成電機(jī)的負(fù)荷非常大。因此，本方案設(shè)計門洞口預(yù)留5.5m的凈空高度，5.5m以上部分全部采用防火材料密封。

汽通門設(shè)計為兩側(cè)平開的鋼制門體，接縫處全部采用防火材料密封，門體高度5.7m，每扇門的寬度為4.2m，采用1200W交流電機(jī)驅(qū)動，采用PLC控制，可遠(yuǎn)程開啟或關(guān)閉，斷電時也可人工開關(guān)。（如圖2）

火災(zāi)檢測與報警子系統(tǒng)改造方案

隧道內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)是一種安全預(yù)警系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著在發(fā)生火災(zāi)隱患時第一時間報警通知的功能，從而保證在隧道內(nèi)避免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，其與業(yè)主方的安全責(zé)任緊密相關(guān)，其作用非常重要。目前省內(nèi)新建的高速公路大都采用了火焰探測與光纖感溫雙預(yù)警系統(tǒng)，利用兩個系統(tǒng)不同的報警特點(diǎn)，提高對各類火災(zāi)發(fā)生時的報警能力。因此，本設(shè)計方案參考省內(nèi)部分新建項目火災(zāi)報警系統(tǒng)的配置模式，一方面對原雙波長火焰探測器系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，另一方面在每個隧道中增加一套光纖光柵火災(zāi)報警系統(tǒng)，從而整體上提高隧道內(nèi)火災(zāi)綜合報警能力。

原火焰探測器系統(tǒng)的改造升級

目前本路段各隧道所采用的能美R21型報警主機(jī)采用電纜傳輸，尤其是隧道洞口至隧道管理所中控室這一段非常容易受雷擊影響，因R21型主機(jī)型號不支持光纖傳輸，因此，需要將該主機(jī)替換為新型的R23型主機(jī)，該主機(jī)采用了光纖聯(lián)網(wǎng)的方式。根據(jù)前期調(diào)研，隧道內(nèi)火災(zāi)報警綜合盤本身發(fā)生故障的情況較少，該綜合盤在省內(nèi)的應(yīng)用也比較成功，因此火災(zāi)探測器及手動報警按鈕等均予以保留，只將綜合盤的通訊模塊更換為R23型主機(jī)配套模塊，同時，考慮到隧道內(nèi)的環(huán)境較為惡劣，原有的綜合盤箱體部分已腐爛，因此本方案設(shè)計將綜合盤箱體更換為不銹鋼箱體。

設(shè)置光纖光柵火災(zāi)報警系統(tǒng)

光纖光柵傳感技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新一代傳感技術(shù)，它采用對波長信號的數(shù)字式測量方法，具有極高的測量精度和抗干擾能力，而且監(jiān)測距離長、響應(yīng)時間快，布點(diǎn)靈活，已應(yīng)用于許多領(lǐng)域的安全監(jiān)測。

其光纖光柵作為溫度敏感元件，對波長信號進(jìn)行數(shù)字式測量；采用先進(jìn)的可調(diào)法布里－珀羅腔濾波技術(shù)進(jìn)行波長檢測。當(dāng)信號處理器檢測到光纖光柵的反射波長出現(xiàn)異常，它會發(fā)送報警信號給火災(zāi)報警控制器，火災(zāi)報警控制器再發(fā)出采取措施的信號。（如圖3）

其主要由以下部分組成，各部分的主要作用分述如下。

光纖光柵探測器

光纖光柵探測器是系統(tǒng)的溫度敏感元件，由連接光纜和探頭組成，探頭采用光纖光柵為測量單元，多個檢測探頭之間相互串接，形成線型結(jié)構(gòu)。其主要作用為：檢測現(xiàn)場環(huán)境溫度，實時傳遞火災(zāi)報警信息給信號處理器，在隧道現(xiàn)場，光纖光柵探測器懸吊敷設(shè)于隧道頂部。

傳輸光纜及光纜接續(xù)盒傳輸光纜將隧道控制室內(nèi)信號處理器和隧道內(nèi)光纖光柵探測器連接在一起，用來傳輸光信號。光纜接續(xù)盒用來保護(hù)光纖接頭的熔合點(diǎn)和光纖連接法蘭，使之能在惡劣環(huán)境下正常工作。

信號處理器：

信號處理器的主要作用為：（1）給現(xiàn)場檢測光柵提供光源；（2）對檢測光柵返回的光信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)；（3）輸出報警信號；（4）輸出溫度信息；（5）處理器各光通道連接光纖光柵探測器，分別監(jiān)測各報警分區(qū)，其編碼與隧道的位置坐標(biāo)相對應(yīng)。

火災(zāi)報警控制器

火災(zāi)報警控制器接收來自光纖光柵感溫火災(zāi)探測信號處理器和該隧道段的手動火災(zāi)報警按鈕的信號，通過通訊口（RS232）將信號傳送至控制中心計算機(jī)，計算機(jī)可顯示可視化報警界面，經(jīng)人工確認(rèn)后，輸出報警和其它控制信號。

本系統(tǒng)利用升級更換后的能美R23型火災(zāi)報警控制器，無需新增設(shè)備。

手動報警按鈕

手動報警按鈕用于現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)火警后向火災(zāi)報警控制器發(fā)送報警信號，當(dāng)人工確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)后，按下此鈕，即可向火災(zāi)報警控制器發(fā)送報警信號；控制器接受到報警信號后，顯示出報警按鈕的編號或位置并發(fā)出警報。本系統(tǒng)利用隧道內(nèi)原綜合盤上的手報按鈕，無需新增設(shè)備。

增加電源和信號防雷器在隧道外的配電房電源輸出和隧道內(nèi)的電源控制輸入端，根據(jù)機(jī)電設(shè)

備防雷要求采取防雷措施，安裝2級和3級電源防雷器。電纜控制信號線安裝信號防雷器。

攝像機(jī)與照明燈具維護(hù)

對于攝像機(jī)和照明燈具處理方法，主要是對刮擦損壞的設(shè)備進(jìn)行封洞更換；對攝像機(jī)和照明燈具的油污在封洞時組織人力清洗。

預(yù)計改造效果

通過以上改造，將解決汽通門故障率很高的情況，汽通門平時處于關(guān)閉狀態(tài)，在緊急情況發(fā)生時可保證正常開啟

原雙波長火焰探測系統(tǒng)完全恢復(fù)功能，雷擊造成的故障情況將大幅減少。

增加光纖光柵火災(zāi)報警系統(tǒng)，利用兩個系統(tǒng)不同的報警特點(diǎn)，提高對各類火災(zāi)發(fā)生時的報警能力。

增加照明燈具的光效和攝像機(jī)的清晰度。

結(jié)束語

本次改造的安全風(fēng)險是指由于在通車路段的工程施工作業(yè)可能存在的安全隱患，由于本路段車流量大，絕大部分工作都是隧道洞內(nèi)的高空作業(yè)，安全風(fēng)險責(zé)任重大。因此，工程施工應(yīng)由熟悉高速公路隧道的維護(hù)，經(jīng)驗豐富的機(jī)電工程專業(yè)施工隊伍負(fù)。在施工過程中要加強(qiáng)安全生產(chǎn)設(shè)施投入，通過加強(qiáng)與交管部門的溝通協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高綜合安全生產(chǎn)能力。

本項目大多數(shù)產(chǎn)品、技術(shù)都在國內(nèi)的高速公路中有非常成熟的應(yīng)用，在對機(jī)電系統(tǒng)局部改造過程中考慮使用較為成熟的新產(chǎn)品、新技術(shù)，提高隧道機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性。

由于本項目各系統(tǒng)的施工均需封道進(jìn)行，因此，管理部門可以結(jié)合隧道路面養(yǎng)護(hù)與機(jī)電養(yǎng)護(hù)統(tǒng)一安排，做好各工種之間的銜接，合理安排施工工藝、技術(shù)，確保隧道機(jī)電系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

通過對溫州段隧道機(jī)電系統(tǒng)改造，可以總結(jié)出在車流量大的隧道進(jìn)行維護(hù)的流程，科學(xué)的設(shè)計和維護(hù)，確保隧道機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量，提高設(shè)備的運(yùn)行完好率。