淺談大廣高速公路—黃龍帶隧道機電工程設計

錢經緯, 楊順生

(西南交通大學土木工程學院， 四川成都 610031)

大廣高速公路是國家高速公路“7918工程”規劃網中從中國東北黑龍江省大慶市至中國南方廣東省廣州市的一條高速公路，該路線是《國家高速公路網規劃》縱向的第五條高速。黃龍帶隧道已經通車并處于正常運營期，該隧道是一條越嶺雙洞高速公路隧道，單洞長度約1.7 km。

1 隧道分級及機電工程配置

按交通部規范JTG/T D71-2014《公路隧道交通工程設計規范》確定黃龍帶隧道等級屬于A級，根據后續表格確定隧道機電設施配置。例如通風與照明控制設施應選VI檢測器、CO檢測器、風速風向檢測器和亮度檢測器；消防設施中必選滅火器，應選消火栓與固定式水成膜泡沫滅火等消防設備。

2 隧道照明設計

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

2.1 照明標準及設計值

根據JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明設計細則》和總體設計院關于隧道照明設計統一要求，該隧道照明設計的速度選取100 km/h，其中隧道照明分段和設計的標準如表1。

表1 隧道照明分段和設計的標準

2.2 燈具選擇及布置

隧道內設計光源為LED。其中LED光源的光效不小于100 lm/W,色溫范圍4 000～4 500 K。黃龍帶隧道內燈具選用LED隧道燈具；隧道外和引道照明設計為HPS道路燈具。各類燈具的設計防護等級是IP65。

2.3 照明控制

隧道內：加強照明在白天時根據晴天、云天等基本天氣工況分回路分別控制；應急照明24 h開啟；基本照明在兩個工況(白天和及上半夜)全部啟動，下半夜關閉1/3；人行橫通道燈通過兩端的人體感應式開關進行控制，并應具備全自動的感應特性，車輛駛入隧道時來開啟，車輛駛離隧道后延時自動關閉；在車行橫通道的單側配備照明控制箱，相對側配備照明按鈕盒，車行橫通道的燈具應與防火卷簾門進行聯動設計，以保證正常同時開啟，也須具備監控室遠程控制的基本功能。隧道外：引道照明夜間開啟，白天關閉。照明控制由隧道洞口變電所實現。

2.4 照明負荷分級

隧道應急照明屬于特別重要的一級負荷；隧道基本照明屬于一級負荷；隧道加強照明屬于二級負荷；引道照明屬于三級負荷。

2.5 照明供配電

在黃龍帶隧道的起終點洞口位置分別設計了一座10 kV的變電所，負責隧道左右線引道和隧道一半長度的用電與其設備供電量。兩座變電所與隧道內的供電電纜敷設在隧道行車方向右側的電纜溝內。引道照明回路的電纜型號選用鎧裝鋁合金電纜0.6/1 kV-5×10，并由兩側的變電所分別進行供配電。

在隧道左、右線距洞口10 m處設置照明配電箱。照明配電箱至隧道內燈具回路電纜采用穿土建預埋管至洞頂敷設的線槽再通過金屬軟管接至各燈具；隧道照明配線采用TN-S系統配電，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饋線柜至隧道內應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照明配電箱回路電纜材質選用阻燃鋁合金；隧道內照明配電箱與燈具之間的應急照明回路電纜型號選用YJV/NH-1kV單芯；隧道內照明配電箱至燈具的其余照明回路采用YJV/ZR-1kV單芯電纜；緊急停車帶、車行橫通道、人行橫通道照明電源從應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、抗老化型產品；電線、電纜截面按允許載流量選擇，按電壓損失、熱穩定校驗。

2.6 防雷與接地

選用浪涌保護器于隧道配電箱內進行防雷保護。隧道行車方向右側的電纜溝內敷設一根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼并保證所有的電纜支架應與接地干線進行焊接連接，同時與洞口電纜溝內的預留接地端子(MEB)串聯，其實測接地電阻不應大于10Ω。隧道內的金屬線槽、燈具等金屬屬性的構件應同時連接至變電所接地體。

3 隧道通風設計

黃龍帶隧道設置風機進行機械通風，目前在4 000 m長的隧道中，全射流通風技術已經成熟，因此該隧道中采用全射流通風。

3.1 通風設計計算

依據黃龍帶隧道的海拔高度、縱坡及其交通車輛構成等參與，計算隧道在各設計年限中正常運營條件時需要稀釋洞內CO和煙霧并換氣，以去除異味等基本要求的隧道全長的需風量，以此基礎綜合計算出了該隧道正常運營最大計算風量值及隧道內的風速值，采用全射流通風理論最終計算確定了黃龍帶左右線隧道內的射流風機數值，具體計算結果如表2。

表2 黃龍帶隧道設計風量與計算風速

通過計算可知，射流風機臺數由火災工況控制，黃龍帶隧道左線需要10臺，右線需要12臺。射流風機每組應配備兩臺，在隧道左線行車方向起點端設置2組且終點端設置3組，右線行車方向起點端設置3組且終點端亦為3組。

3.2 射流風機選型及設置

黃龍帶隧道建筑限界與拱頂的距離較大，滿足安裝射流風機的基本要求和條件，Φ1 120 mm型射流風機已經較為廣泛地運用于我國公路隧道中，因此，進行詳細比選確定設計中射流風機的型號為Φ1 120 mm。射流風機性能應滿足表3的各項指標要求。

3.3 風機配電系統

(1)采用低壓電纜放射式與樹干式有機統一結合的綜合配電方式。37 kW及以上的風機啟動方式采用軟啟動，除此之外則為直接啟動。

(2)射流風機采用就地和中控室控制方式。在風機安裝處設控制箱，對風機進行起停操作。

(3)隧道內風機、支架等均應與隧道內貫通接地母排可靠連接。

4 隧道消防設計

JTG/TD 71-2004《公路隧道交通工程設計規范》8.3.6條，黃龍帶隧道消防水量選取同一時間內一次火災考慮。消火栓用水量為20 L/s，火災延續時間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 單臺射流風機的實際性能

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，水庫邊緣距離隧道起點端洞口約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計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算出管井中深井潛水泵的揚程值與流量。在實際運營中，潛水泵的啟停由高位消防水池的水位變化進行控制，高位水池的中液位儀數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營情況和在火災發生時由水池的液位進行遠程控制深井潛水泵的啟停工況。

4.2 消防高位水池和揚水管

隧道內單次火災的設計用水量為300 m3(包含消火栓和水成膜消防用水量)，高位水池工藝與結構設計選用國家標準圖集中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擋土墻工程量，因此選用矩形水池并根據實際情況確定長寬比)。高位水池中的最低有效水位應滿足發生火災時隧道內最不利點處消火栓和水成膜泡沫系統的正常使用工況參數要求。

黃龍帶隧道消防揚水管采用一根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，管徑的具體數值是根據流量，經濟流速和管材經濟性等原則綜合計算確定。管材選用加厚熱鍍鋅鋼管。

4.3 隧道洞口消防系統

在隧道起終點的洞口外行車方向右側路線外分別設置兩座水泵接合器，用于消防車補給消防管網的水量。在隧道起終點的洞口外行車方向右側設置室外消火栓，用于火災時供給消防車取水用。隧道洞外消火栓用水量不應小于20 L/s，其中15 L/s的流量就要求設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。盡量采用埋地鋪設管道，橫穿道路時增加管道保護措施(采用鋼套管)。在整個環狀消防管網系統的局部最低點處均設置泄水閥井(一般設置在洞外)，并與新建涵洞連接或向路基外散排，減少對路基邊坡的影響。

4.4 隧道內消防系統

隧道內消防管管材選用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。隧道內消防管道每間隔不過5個消防設備箱時應于干管上設置一處檢修閥，檢修閥為常開狀態；隧道縱斷最高處設排氣閥，縱斷最低處設置排泥閥和排泥濕井。隧道行車方向右側間隔約45 m設置一處消防設備洞室，位置須和其它機電位置協調，但間隔不應大于50 m。該隧道消防設備箱中配置室內消火栓系統、水成膜泡沫滅火系統和2具滅火器(干粉滅火器和泡沫滅火器)。

5 體會與建議

5.1 隧道機電預留預埋

隧道機電工程包含照明工程、通風工程和消防工程等多個機電工程項目，因此在隧道土建施工時預留預埋的間距除了要滿足規范強條的要求，還需要相互協調以免交叉。因此需要先設計出隧道機電預留預埋縱斷面布置圖，在作圖的過程中能詳盡考慮并確定各機電土建的具體位置和相互間的實際工程距離。

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，在隧道消防設計方案階段應該去現場踏勘隧道樁號起終點的地形與地質情況，根據比較確定最適宜的消防水源或進行雙水源供水。在比選過程中將定量問題進行定性處理，可融入SWOT的方法進行詳細定量比選。

5.3 隧道機電工程設計規范不完善

由于涉及公路隧道機電工程的國家規范種類多樣，但沒有針對高速公路隧道機電工程的對應性國家規范，因此在設計過程中需要交叉查閱并有一些互相矛盾的條文與規定。建議相關部委能盡快編制出臺針對高速公路隧道機電工程的相關設計規范及技術手冊，以期統一各類高速公路隧道機電工程中的基本設計參數。

[1] JTG /TD71-2014 公路隧道交通工程設計規范[S].

[2] GB 50016-2006 建筑設計防火規范[S].

[3] 錢經緯.大廣高速公路黃龍帶隧道消防系統設計[J].給水排水.2013,39(3):71-74.

[4] 錢經緯. 高速公路隧道消防水源取水工程設計選取及應用研究[J].給水排水.2014,40(7):74-78.