錢(qián)經(jīng)緯, 楊順生

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

大廣高速公路是國(guó)家高速公路“7918工程”規(guī)劃網(wǎng)中從中國(guó)東北黑龍江省大慶市至中國(guó)南方廣東省廣州市的一條高速公路，該路線是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》縱向的第五條高速。黃龍帶隧道已經(jīng)通車(chē)并處于正常運(yùn)營(yíng)期，該隧道是一條越嶺雙洞高速公路隧道，單洞長(zhǎng)度約1.7 km。

1 隧道分級(jí)及機(jī)電工程配置

按交通部規(guī)范JTG/T D71-2014《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定黃龍帶隧道等級(jí)屬于A級(jí)，根據(jù)后續(xù)表格確定隧道機(jī)電設(shè)施配置。例如通風(fēng)與照明控制設(shè)施應(yīng)選VI檢測(cè)器、CO檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器和亮度檢測(cè)器；消防設(shè)施中必選滅火器，應(yīng)選消火栓與固定式水成膜泡沫滅火等消防設(shè)備。

2 隧道照明設(shè)計(jì)

黃龍帶隧道是一條分離式雙洞單向的公路隧道，為雙向六車(chē)道且設(shè)計(jì)行車(chē)速度為100 km/h，路基寬度是分離式15.25 m，隧道北端的洞門(mén)形式是臺(tái)階式，隧道南端的洞門(mén)形式是端墻式；隧道建筑界限：13 m×5 m，隧道為水泥路面。選定的照明設(shè)計(jì)年份為2025年且其設(shè)計(jì)交通量為每車(chē)道791輛/h。洞外的設(shè)計(jì)亮度取值是3 500 cd/m2。

2.1 照明標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)值

根據(jù)JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》和總體設(shè)計(jì)院關(guān)于隧道照明設(shè)計(jì)統(tǒng)一要求，該隧道照明設(shè)計(jì)的速度選取100 km/h，其中隧道照明分段和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 隧道照明分段和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)

2.2 燈具選擇及布置

隧道內(nèi)設(shè)計(jì)光源為L(zhǎng)ED。其中LED光源的光效不小于100 lm/W,色溫范圍4 000～4 500 K。黃龍帶隧道內(nèi)燈具選用LED隧道燈具；隧道外和引道照明設(shè)計(jì)為HPS道路燈具。各類(lèi)燈具的設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)是IP65。

2.3 照明控制

隧道內(nèi)：加強(qiáng)照明在白天時(shí)根據(jù)晴天、云天等基本天氣工況分回路分別控制；應(yīng)急照明24 h開(kāi)啟；基本照明在兩個(gè)工況(白天和及上半夜)全部啟動(dòng)，下半夜關(guān)閉1/3；人行橫通道燈通過(guò)兩端的人體感應(yīng)式開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，并應(yīng)具備全自動(dòng)的感應(yīng)特性，車(chē)輛駛?cè)胨淼罆r(shí)來(lái)開(kāi)啟，車(chē)輛駛離隧道后延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；在車(chē)行橫通道的單側(cè)配備照明控制箱，相對(duì)側(cè)配備照明按鈕盒，車(chē)行橫通道的燈具應(yīng)與防火卷簾門(mén)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，以保證正常同時(shí)開(kāi)啟，也須具備監(jiān)控室遠(yuǎn)程控制的基本功能。隧道外：引道照明夜間開(kāi)啟，白天關(guān)閉。照明控制由隧道洞口變電所實(shí)現(xiàn)。

2.4 照明負(fù)荷分級(jí)

隧道應(yīng)急照明屬于特別重要的一級(jí)負(fù)荷；隧道基本照明屬于一級(jí)負(fù)荷；隧道加強(qiáng)照明屬于二級(jí)負(fù)荷；引道照明屬于三級(jí)負(fù)荷。

2.5 照明供配電

在黃龍帶隧道的起終點(diǎn)洞口位置分別設(shè)計(jì)了一座10 kV的變電所，負(fù)責(zé)隧道左右線引道和隧道一半長(zhǎng)度的用電與其設(shè)備供電量。兩座變電所與隧道內(nèi)的供電電纜敷設(shè)在隧道行車(chē)方向右側(cè)的電纜溝內(nèi)。引道照明回路的電纜型號(hào)選用鎧裝鋁合金電纜0.6/1 kV-5×10，并由兩側(cè)的變電所分別進(jìn)行供配電。

在隧道左、右線距洞口10 m處設(shè)置照明配電箱。照明配電箱至隧道內(nèi)燈具回路電纜采用穿土建預(yù)埋管至洞頂敷設(shè)的線槽再通過(guò)金屬軟管接至各燈具；隧道照明配線采用TN-S系統(tǒng)配電，燈具三相交叉布置，使三相平衡，線路末端壓損按照不大于10 %；變電所EPS饋線柜至隧道內(nèi)應(yīng)急照明配電箱回路采用耐火鋁合金電纜；變電所中的饋線柜至隧道內(nèi)照明配電箱回路電纜材質(zhì)選用阻燃鋁合金；隧道內(nèi)照明配電箱與燈具之間的應(yīng)急照明回路電纜型號(hào)選用YJV/NH-1kV單芯；隧道內(nèi)照明配電箱至燈具的其余照明回路采用YJV/ZR-1kV單芯電纜；緊急停車(chē)帶、車(chē)行橫通道、人行橫通道照明電源從應(yīng)急照明干線回路引接；所有電線、電纜均采用銅芯、防蟻、防潮、防腐、抗老化型產(chǎn)品；電線、電纜截面按允許載流量選擇，按電壓損失、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

2.6 防雷與接地

選用浪涌保護(hù)器于隧道配電箱內(nèi)進(jìn)行防雷保護(hù)。隧道行車(chē)方向右側(cè)的電纜溝內(nèi)敷設(shè)一根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼并保證所有的電纜支架應(yīng)與接地干線進(jìn)行焊接連接，同時(shí)與洞口電纜溝內(nèi)的預(yù)留接地端子(MEB)串聯(lián)，其實(shí)測(cè)接地電阻不應(yīng)大于10Ω。隧道內(nèi)的金屬線槽、燈具等金屬屬性的構(gòu)件應(yīng)同時(shí)連接至變電所接地體。

3 隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)

黃龍帶隧道設(shè)置風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，目前在4 000 m長(zhǎng)的隧道中，全射流通風(fēng)技術(shù)已經(jīng)成熟，因此該隧道中采用全射流通風(fēng)。

3.1 通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算

依據(jù)黃龍帶隧道的海拔高度、縱坡及其交通車(chē)輛構(gòu)成等參與，計(jì)算隧道在各設(shè)計(jì)年限中正常運(yùn)營(yíng)條件時(shí)需要稀釋洞內(nèi)CO和煙霧并換氣，以去除異味等基本要求的隧道全長(zhǎng)的需風(fēng)量，以此基礎(chǔ)綜合計(jì)算出了該隧道正常運(yùn)營(yíng)最大計(jì)算風(fēng)量值及隧道內(nèi)的風(fēng)速值，采用全射流通風(fēng)理論最終計(jì)算確定了黃龍帶左右線隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)數(shù)值，具體計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 黃龍帶隧道設(shè)計(jì)風(fēng)量與計(jì)算風(fēng)速

通過(guò)計(jì)算可知，射流風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)由火災(zāi)工況控制，黃龍帶隧道左線需要10臺(tái)，右線需要12臺(tái)。射流風(fēng)機(jī)每組應(yīng)配備兩臺(tái)，在隧道左線行車(chē)方向起點(diǎn)端設(shè)置2組且終點(diǎn)端設(shè)置3組，右線行車(chē)方向起點(diǎn)端設(shè)置3組且終點(diǎn)端亦為3組。

3.2 射流風(fēng)機(jī)選型及設(shè)置

黃龍帶隧道建筑限界與拱頂?shù)木嚯x較大，滿足安裝射流風(fēng)機(jī)的基本要求和條件，Φ1 120 mm型射流風(fēng)機(jī)已經(jīng)較為廣泛地運(yùn)用于我國(guó)公路隧道中，因此，進(jìn)行詳細(xì)比選確定設(shè)計(jì)中射流風(fēng)機(jī)的型號(hào)為Φ1 120 mm。射流風(fēng)機(jī)性能應(yīng)滿足表3的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3.3 風(fēng)機(jī)配電系統(tǒng)

(1)采用低壓電纜放射式與樹(shù)干式有機(jī)統(tǒng)一結(jié)合的綜合配電方式。37 kW及以上的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)方式采用軟啟動(dòng)，除此之外則為直接啟動(dòng)。

(2)射流風(fēng)機(jī)采用就地和中控室控制方式。在風(fēng)機(jī)安裝處設(shè)控制箱，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行起停操作。

(3)隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)、支架等均應(yīng)與隧道內(nèi)貫通接地母排可靠連接。

4 隧道消防設(shè)計(jì)

JTG/TD 71-2004《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》8.3.6條，黃龍帶隧道消防水量選取同一時(shí)間內(nèi)一次火災(zāi)考慮。消火栓用水量為20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間4 h，消火栓消防用水量為288 m3/次。黃龍帶隧道消防平面布置圖如圖1。

表3 單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能

圖1 隧道消防平面布置

4.1 消防水源

黃龍帶隧道附近存在既有水源——黃龍帶水庫(kù)，水庫(kù)邊緣距離隧道起點(diǎn)端洞口約300 m。由于地下水量滿足要求，因此選用水源管井取地下水作為隧道的消防水源。其中深井潛水泵的設(shè)計(jì)安裝高程與高位水池最低水位的落差、管道水力損失(沿程與局部)和一定量富余水頭等條件計(jì)算出管井中深井潛水泵的揚(yáng)程值與流量。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，潛水泵的啟停由高位消防水池的水位變化進(jìn)行控制，高位水池的中液位儀數(shù)值需要在隧道洞口處的水位水泵控制箱中能明確讀出，以滿足消防操作人員能夠在定期檢查中確定運(yùn)營(yíng)情況和在火災(zāi)發(fā)生時(shí)由水池的液位進(jìn)行遠(yuǎn)程控制深井潛水泵的啟停工況。

4.2 消防高位水池和揚(yáng)水管

隧道內(nèi)單次火災(zāi)的設(shè)計(jì)用水量為300 m3(包含消火栓和水成膜消防用水量)，高位水池工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集中300 m3的矩形水池(由于山上矩形水池的擋土墻工程量明顯小于方形蓄水池?fù)跬翂こ塘?，因此選用矩形水池并根據(jù)實(shí)際情況確定長(zhǎng)寬比)。高位水池中的最低有效水位應(yīng)滿足發(fā)生火災(zāi)時(shí)隧道內(nèi)最不利點(diǎn)處消火栓和水成膜泡沫系統(tǒng)的正常使用工況參數(shù)要求。

黃龍帶隧道消防揚(yáng)水管采用一根Φ88.9×5.0 (1.6 MPa)的加厚熱鍍鋅鋼管，下山采用兩根Φ168.3×4.5(1.0 MPa)的加厚鋼管，管徑的具體數(shù)值是根據(jù)流量，經(jīng)濟(jì)流速和管材經(jīng)濟(jì)性等原則綜合計(jì)算確定。管材選用加厚熱鍍鋅鋼管。

4.3 隧道洞口消防系統(tǒng)

在隧道起終點(diǎn)的洞口外行車(chē)方向右側(cè)路線外分別設(shè)置兩座水泵接合器，用于消防車(chē)補(bǔ)給消防管網(wǎng)的水量。在隧道起終點(diǎn)的洞口外行車(chē)方向右側(cè)設(shè)置室外消火栓，用于火災(zāi)時(shí)供給消防車(chē)取水用。隧道洞外消火栓用水量不應(yīng)小于20 L/s，其中15 L/s的流量就要求設(shè)置一組室外消火栓和水泵接合器。

隧道外消防管選用熱鍍鋅鋼管，在隧道洞口連接成環(huán)。盡量采用埋地鋪設(shè)管道，橫穿道路時(shí)增加管道保護(hù)措施(采用鋼套管)。在整個(gè)環(huán)狀消防管網(wǎng)系統(tǒng)的局部最低點(diǎn)處均設(shè)置泄水閥井(一般設(shè)置在洞外)，并與新建涵洞連接或向路基外散排，減少對(duì)路基邊坡的影響。

4.4 隧道內(nèi)消防系統(tǒng)

隧道內(nèi)消防管管材選用DN150的熱鍍鋅鋼管，管道連接方式為溝槽卡箍式柔性接頭J型連接，走向是沿檢修電纜溝敷設(shè)。隧道內(nèi)消防管道每間隔不過(guò)5個(gè)消防設(shè)備箱時(shí)應(yīng)于干管上設(shè)置一處檢修閥，檢修閥為常開(kāi)狀態(tài)；隧道縱斷最高處設(shè)排氣閥，縱斷最低處設(shè)置排泥閥和排泥濕井。隧道行車(chē)方向右側(cè)間隔約45 m設(shè)置一處消防設(shè)備洞室，位置須和其它機(jī)電位置協(xié)調(diào)，但間隔不應(yīng)大于50 m。該隧道消防設(shè)備箱中配置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、水成膜泡沫滅火系統(tǒng)和2具滅火器(干粉滅火器和泡沫滅火器)。

5 體會(huì)與建議

5.1 隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋

隧道機(jī)電工程包含照明工程、通風(fēng)工程和消防工程等多個(gè)機(jī)電工程項(xiàng)目，因此在隧道土建施工時(shí)預(yù)留預(yù)埋的間距除了要滿足規(guī)范強(qiáng)條的要求，還需要相互協(xié)調(diào)以免交叉。因此需要先設(shè)計(jì)出隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋縱斷面布置圖，在作圖的過(guò)程中能詳盡考慮并確定各機(jī)電土建的具體位置和相互間的實(shí)際工程距離。

5.2 消防水源的選取

高速公路隧道消防水源有很多種方式，在隧道消防設(shè)計(jì)方案階段應(yīng)該去現(xiàn)場(chǎng)踏勘隧道樁號(hào)起終點(diǎn)的地形與地質(zhì)情況，根據(jù)比較確定最適宜的消防水源或進(jìn)行雙水源供水。在比選過(guò)程中將定量問(wèn)題進(jìn)行定性處理，可融入SWOT的方法進(jìn)行詳細(xì)定量比選。

5.3 隧道機(jī)電工程設(shè)計(jì)規(guī)范不完善

由于涉及公路隧道機(jī)電工程的國(guó)家規(guī)范種類(lèi)多樣，但沒(méi)有針對(duì)高速公路隧道機(jī)電工程的對(duì)應(yīng)性國(guó)家規(guī)范，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要交叉查閱并有一些互相矛盾的條文與規(guī)定。建議相關(guān)部委能盡快編制出臺(tái)針對(duì)高速公路隧道機(jī)電工程的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)手冊(cè)，以期統(tǒng)一各類(lèi)高速公路隧道機(jī)電工程中的基本設(shè)計(jì)參數(shù)。

[1] JTG /TD71-2014 公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50016-2006 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3] 錢(qián)經(jīng)緯.大廣高速公路黃龍帶隧道消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].給水排水.2013,39(3):71-74.

[4] 錢(qián)經(jīng)緯. 高速公路隧道消防水源取水工程設(shè)計(jì)選取及應(yīng)用研究[J].給水排水.2014,40(7):74-78.