溫州甬臺溫高速公路隧道安全智能系統改造方案

■岳自森

溫州甬臺溫高速公路隧道安全智能系統改造方案

■岳自森

甬臺溫高速公路溫州段隧火災報警系統、視頻監控、道汽通門、照明燈具等存在一定故障，需要對系統進行改選。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個收費監控分中心，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）。

溫州段隧道機電系統分三個階段，在2002年至2003年期間建成，系統運行時間已逾8年，部分機電設備已經超過行業規定的使用壽命。溫州段處于浙江省經濟發達地區，交通運輸十分繁忙，由于該路段隧道內常年車流量很大，產生的煙塵、尾氣和沿海鹽霧侵蝕，導致隧道內機電設施的運行環境惡劣，車流量大交警部門對于封洞進行維護批準困難，使機電設施無法及時得到有效的維護保養，較多機電設備長期帶病運行，造成該路段隧道內機電設施故障頻發，部分系統甚至已陷入癱瘓狀態，給隧道內行車安全留下較為嚴重的隱患。

通過現場踏勘調研，目前亟待解決的問題主要包括：隧道內汽通門無法正常開啟、關閉；火災報警系統無法正常使用；視頻監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所采用的卷簾門面積均超過60m2，在汽通門關閉的情況下，隧道內車輛通過時產生的氣流對卷簾門的沖擊極易造成門體本身的脫軌、扭曲現象；二是當汽通門處于開啟狀態時，門體重量全部由卷軸承重，長期開啟易造成卷軸彎曲、變形；三是限位開關的失靈造成卷簾門拉放過度。

火災報警系統故障分析

根據對火災報警系統的報警主機、通信線路、隧道內綜合盤等設施逐一排查，發現隧道內火災報警綜合盤、隧道管理所火災報警主機的故障現象很少，造成火災報警系統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：汽通門土建結構圖

■ 圖2：整改后的門體設計圖

■ 圖3：火災報警信號傳輸示意圖

由于本路段火災報警系統建設時間較早，當時所采用的信號傳輸介質為電纜，而本路段各隧道所處地段均為雷擊多發的山地區域，因此，室外敷設的電纜極易誘發雷擊。

攝像機和燈具工作分析

主要常被車輛上飄起的篷布刮擦，造成設備的脫落。

改造方案

汽通門改造方案

根據對故障現象和現場情況的綜合分析，卷簾防火門模式的汽通門很難從根本上杜絕以上現象的存在，因此，需要一種結構更為合理，抗風強度更高的產品來替代目前的汽通門。通過對現場情況的進一步分析，采用向兩側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，造成電機的負荷非常大。因此，本方案設計門洞口預留5.5m的凈空高度，5.5m以上部分全部采用防火材料密封。

汽通門設計為兩側平開的鋼制門體，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交流電機驅動，采用PLC控制，可遠程開啟或關閉，斷電時也可人工開關。（如圖2）

火災檢測與報警子系統改造方案

隧道內火災報警系統是一種安全預警系統，擔負著在發生火災隱患時第一時間報警通知的功能，從而保證在隧道內避免發生嚴重的安全事故，其與業主方的安全責任緊密相關，其作用非常重要。目前省內新建的高速公路大都采用了火焰探測與光纖感溫雙預警系統，利用兩個系統不同的報警特點，提高對各類火災發生時的報警能力。因此，本設計方案參考省內部分新建項目火災報警系統的配置模式，一方面對原雙波長火焰探測器系統進行升級改造，另一方面在每個隧道中增加一套光纖光柵火災報警系統，從而整體上提高隧道內火災綜合報警能力。

原火焰探測器系統的改造升級

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型主機型號不支持光纖傳輸，因此，需要將該主機替換為新型的R23型主機，該主機采用了光纖聯網的方式。根據前期調研，隧道內火災報警綜合盤本身發生故障的情況較少，該綜合盤在省內的應用也比較成功，因此火災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型主機配套模塊，同時，考慮到隧道內的環境較為惡劣，原有的綜合盤箱體部分已腐爛，因此本方案設計將綜合盤箱體更換為不銹鋼箱體。

設置光纖光柵火災報警系統

光纖光柵傳感技術是近幾年發展起來的新一代傳感技術，它采用對波長信號的數字式測量方法，具有極高的測量精度和抗干擾能力，而且監測距離長、響應時間快，布點靈活，已應用于許多領域的安全監測。

其光纖光柵作為溫度敏感元件，對波長信號進行數字式測量；采用先進的可調法布里－珀羅腔濾波技術進行波長檢測。當信號處理器檢測到光纖光柵的反射波長出現異常，它會發送報警信號給火災報警控制器，火災報警控制器再發出采取措施的信號。（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，形成線型結構。其主要作用為：檢測現場環境溫度，實時傳遞火災報警信息給信號處理器，在隧道現場，光纖光柵探測器懸吊敷設于隧道頂部。

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

信號處理器：

信號處理器的主要作用為：（1）給現場檢測光柵提供光源；（2）對檢測光柵返回的光信號進行調制解調；（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，分別監測各報警分區，其編碼與隧道的位置坐標相對應。

火災報警控制器

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

本系統利用升級更換后的能美R23型火災報警控制器，無需新增設備。

手動報警按鈕

手動報警按鈕用于現場人員發現火警后向火災報警控制器發送報警信號，當人工確認發生火災后，按下此鈕，即可向火災報警控制器發送報警信號；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出警報。本系統利用隧道內原綜合盤上的手報按鈕，無需新增設備。

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的電源控制輸入端，根據機電設

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。

攝像機與照明燈具維護

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

預計改造效果

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

原雙波長火焰探測系統完全恢復功能，雷擊造成的故障情況將大幅減少。

增加光纖光柵火災報警系統，利用兩個系統不同的報警特點，提高對各類火災發生時的報警能力。

增加照明燈具的光效和攝像機的清晰度。

結束語

本次改造的安全風險是指由于在通車路段的工程施工作業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的高空作業，安全風險責任重大。因此，工程施工應由熟悉高速公路隧道的維護，經驗豐富的機電工程專業施工隊伍負。在施工過程中要加強安全生產設施投入，通過加強與交管部門的溝通協調，進一步提高綜合安全生產能力。

本項目大多數產品、技術都在國內的高速公路中有非常成熟的應用，在對機電系統局部改造過程中考慮使用較為成熟的新產品、新技術，提高隧道機電設備的先進性。

由于本項目各系統的施工均需封道進行，因此，管理部門可以結合隧道路面養護與機電養護統一安排，做好各工種之間的銜接，合理安排施工工藝、技術，確保隧道機電系統養護質量。

通過對溫州段隧道機電系統改造，可以總結出在車流量大的隧道進行維護的流程，科學的設計和維護，確保隧道機電設備維護質量，提高設備的運行完好率。