高速公路隧道機電系統優化設計新思維

李浩飛+魚躍波+左佳

摘 要：該文基于筆者從事機電系統設計施工的相關工作經驗，以高速公路隧道機電系統設計為研究對象，探討了在保證行車安全、節約能源的理念下，隧道機電系統創新性優化設計的思路，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：高速公路 機電系統 優化設計 創新

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0076-02

近年來，我國高速公路數量不斷增多，而隧道通風、照明、消防、供配電等機電設施的合理設置直接影響著隧道運營安全與節能。目前，各類規范、標準與工程實際需求不相適應，對各種理念、新型節能技術在實際工程中的應用產生了影響，使得公路隧道機電系統出現了利用率低、能耗高等問題。因此，我們需要對高速公路隧道機電系統進行創新設計，以建立節能、環保、高效、安全的隧道運營環境，獲取良好的經濟效益及社會效益。該文以某高速公路為例，就高速公路隧道機電系統的創新設計進行了探討。

1 高速公路隧道空調系統創新設計

影響隧道通風系統規模的因素主要包括通風標準、交通量、汽車尾氣排放量等參數選取，以及通風方式、系統布置等。

對于長度小于5 km的高速公路隧道，應設置機械通風方式；對于特長隧道，應采用全射流縱向式通風方式。因此，對于通風系統的創新性設計重點在于通風計算參數的選取。如圖1所示。

1.1 隧道通風系統優化設計

在正常及阻塞工況時，采用縱向通風方式；火災情況下采用縱向排煙方式，煙氣由隧道洞口排出。

根據TB 10120—2002/J 160—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》的相關要求，對該隧道的瓦斯運營通風做以下要求：（1）在運營中，瓦斯濃度在任何時間、任何地點都不得大于0.5%。當隧道內瓦斯濃度達到0.4%時，必須啟動風機進行通風。（2）運營期間，必須進行瓦斯檢測。（3）該隧道所有射流風機均采用防爆型。（4）瓦斯通風最小風速不得小于1.0 m/s。

1.2 通風設備布置

在隧道車行道頂部懸掛可逆射流風機，構成串/并聯運行，滿足正常運營通風、事故通風和火災通風要求。該階段射流風機安裝臺數是按滿足正常運營通風、事故通風和火災通風所需推力來配置的，經計算火災通風時射流風機所需推力最大，每條隧道需要安裝15臺（直徑1 000 mm射流風機，30 kW，出口風速33.2 m/s）可逆射流風機，3臺一組，拱頂安裝，射流風機分別布置在兩端隧道洞口，在每條隧道進口設3組，出口設2組。

1.3 管理/設備用房通風系統優化

在隧道北端出口外設置變電所、消防泵房、監控電源室，共一層；在隧道南端出口外設置管理樓，共一層，設有變電所、消防泵房、中央控制室、弱電設備房、弱電電源室、商用通信設備室、辦公室等。設計內容包括：北端附屬設備用房及南端管理樓通風空調系統設計。

（1）管理樓弱電設備房、弱電電源室、無線通信設備室設機房專用空調系統，中央控制室設分體空調。其他辦公設備用房（包括門廳）根據房間類型及位置設分體空調，所有室外機均置于該建筑室外空地。機房專用空調需設置遠程通訊接口、斷電重啟功能，室外機應做接地處理。隧道北端監控電源室設分體空調。（2）管理樓變電所、消防泵房、儲藏室等為機械排風，自然補風。隧道北端出口外設置變電所、消防泵房為機械排風，自然補風。（3）管理樓弱電設備房、弱電電源室、無線通信設備室為自動滅火房間，不設機械排煙。滅火后開啟通風系統進行換氣。（4）其余地上房間、走廊均通過可開啟外窗進行自然排煙。

2 高速公路隧道照明系統創新設計

高速公路隧道照明系統設計包括確定隧道照明分段、照明指標、光源、燈具等，各因素均影響照明系統規模和運營能耗。因此，設計時需合理設置照明系統規模，從源頭上解決系統規模大、初期投資高、運營能耗大的問題。

2.1 照明光源的選擇

（1）隧道照明：為營造一個舒適、美觀、安全的行車環境，考慮環保節能要求，采用光效高、發熱量小的LED燈作為基本照明，加強照明的主光源。（2）公路照明：路燈燈桿宜采用熱鍍鋅噴塑鋼燈桿，燈桿高度為10～12 m，光源選用LED燈。

2.2 照明方案設計

（1）隧道照明：為了消除白天進出隧道視覺不適應感，保證車輛行駛的安全及舒適，右隧道北側入口、左隧道南側入口照明按入口段、過渡一段、過渡二段照明要求分別設計；右隧道南側出口、左隧道北側出口照明按出口段要求設計。隧道基本段采用60 W智能型LED燈沿隧道兩側頂部對稱布置，沿隧道壁安裝；加強照明采用兩排160 W智能型LED燈沿隧道兩側頂部對稱布置；應急照明采用100 W消防LED燈沿隧道兩側頂部交叉對稱布置。應急照明燈具作為常開燈，采用沿隧道兩側頂部交叉布置。

（2）公路照明：接線公路的路燈沿機動車道+兩側綠化帶對稱布置單桿雙挑路燈，分別向機動車道兩側照射。布置間距根據道路橫斷面計算，燈桿高度12 m，燈臂1.5 m/1.5 m，配用150 W/80 W LED燈，間距≤35 m。

（3）照明燈具：隧道內照明燈具采用具有五防（防水、防塵、防震、防腐、防護）功能的隧道燈具，防護等級不低于IP65。道路照明燈具采用配光合理、重量輕、強度高、外形美觀、防水防塵耐腐蝕的截光型、半截光型燈具，防護等級不低于IP65。

（4）照明控制方式：隧道基本照明控制采用前饋式智能照明控制系統，可手動/自動、就地/遠方控制；于隧道出、入口設亮度檢測儀，根據洞外環境亮度、交通量的變化，通過隧道智能照明系統對洞內照度進行控制。

2.3 照明供電系統設計

（1）正常照明供電系統：以隧道中心里程為界，由隧道北端處10/0.4 kV變電所和隧道南端處10/0.4 kV變電所各自的雙臺變壓器低壓側兩端照明專用母線交叉供電，以確保在任一進線電源失電瞬間，不致使隧道該區段的照明燈具全部熄滅。

（2）應急照明供電系統：應急照明由EPS裝置供電，應能在正常外部電源全部失去時，提供不間斷的交流電源，切換時間不大于0.3 s，應急時間為3 h。

（3）照明配線：隧道照明主干線采用金屬鎧裝交聯聚乙烯絕緣、聚乙烯護套無鹵低煙阻燃銅芯電力電纜，應急照明回路電纜采用交聯聚乙烯絕緣、聚乙烯護套無鹵低煙阻燃耐火銅芯電力電纜。照明回路配線采用交聯聚乙烯絕緣、聚乙烯護套無鹵低煙阻燃銅芯電線，應急照明回路為耐火型，其他各回路為阻燃型。

公路照明干線采用YJY22-1 kV型電力電纜，埋深0.8 m，采用保護管埋地敷設，穿越車道路口穿熱鍍鋅鋼套管保護，管內線路不允許導線接頭。

3 結語

高速公路隧道運營安全與節能是一項復雜的系統工程，創新的設計理念是保證行車安全、節約能源的重要技術措施。我國高速公路隧道數量眾多，隨著交通量的日益增加及技術的創新，在隧道機電系統設計時，需要靈活應用規范，對各項新技術進行研究，以不斷完善隧道機電系統，實現公路隧道“節能化”目標。

參考文獻

[1] 周強.長山隧道機電工程項目進度管理研究[D].山東大學，2016.

[2] 林杉.高速公路隧道交通流模型與應急交通控制預案研究 [D].長安大學，2012.