公路隧道提質(zhì)升級方案設(shè)計

武瑞兵

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

2019年初，交通運輸部印發(fā)了《促進公路隧道提質(zhì)升級行動方案》《公路隧道提質(zhì)升級行動技術(shù)指南》[1]，在全國實施促進公路隧道提質(zhì)升級行動，推進在役公路隧道提質(zhì)升級，更好地為公眾提供安全便捷的出行服務(wù)。為落實提質(zhì)升級行動要求，山西省交通運輸廳印發(fā)了《促進公路隧道提質(zhì)升級行動方案》，堅決落實交通運輸部“2020年底基本完成山西省公路隧道提質(zhì)升級工作”的時間要求。本文以公路隧道提質(zhì)升級行動為背景，以山西省平陽高速大南山雙向特長隧道為典型實施對象，對隧道機電設(shè)施提質(zhì)升級進行改造設(shè)計。

1 設(shè)計原則

按照重點突出、因隧制宜、功能適用、分類施策的原則，鼓勵采用經(jīng)過充分論證的新技術(shù)、新材料、新工藝、新產(chǎn)品的要求[2]，在滿足安全和使用功能的條件下，改建工程采用“四新”技術(shù)，隧道運營應(yīng)實現(xiàn)質(zhì)的提升，且符合設(shè)計規(guī)范基本要求，能起到公路隧道提質(zhì)升級行動的典型示范效應(yīng)，具有一定的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

2 設(shè)計內(nèi)容

2.1 隧道內(nèi)交通工程設(shè)施現(xiàn)狀

大南山隧道為三車道雙洞隧道，左洞5 535 m，右洞5 520 m，隧道內(nèi)設(shè)置較為完善的交通安全設(shè)施、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風系統(tǒng)[2]。通車8年以來，大南山隧道存在機電設(shè)施不同程度的老化、部分設(shè)施不符合現(xiàn)有規(guī)范要求等問題：

a）交通安全設(shè)施部分標志、標線等設(shè)置不完善；隧道未設(shè)置緊急停車帶位置提示標志，及隧道內(nèi)電光標志等設(shè)置不規(guī)范；洞口入口防護和過渡設(shè)施不規(guī)范。

b）按照運營單位提供的交通量及預(yù)測交通量對隧道各段落照明亮度標準值計算，同時根據(jù)實際檢測值進行比對，得出隧道實際亮度已不符合《公路隧道提質(zhì)升級行動技術(shù)指南》要求；另外，隧道照明無法實現(xiàn)自動控制。

c）隧道風機不可自動控制；個別射流風機軟啟動器存在由于供電導致的設(shè)備故障。

d）中央控制管理系統(tǒng)設(shè)施方面，隧道綜合控制平臺存在頻繁死機導致火災(zāi)報警系統(tǒng)無法遠程聯(lián)動、可變情報板無法控制、CO/VI與風速風向傳感器無法采集數(shù)據(jù)等問題。

2.2 改造方案

a）在隧道洞頂出入口段150 m位置噴涂高分子改性納米涂料，該涂料具有高反射系數(shù)、耐水性好、自清潔等特點，采用LED高效節(jié)能燈與“3MA專用瓷化涂裝飾面”相組合的創(chuàng)新技術(shù)及材料，可獲得良好行車視覺效果，節(jié)省電費成本。

（a）涂裝前狀況 隧道為東西走向，隧道出入口段的亮度無漸變，缺少有效的減光措施，洞內(nèi)墻面、 拱頂壁面反射系數(shù)較低（如圖1）。

圖1 隧道涂裝前狀況

（b）涂裝后效果 通過拱頂?shù)拇苫垦b，從亮度較高的洞口分段漸變過渡，緩和了隧道洞口內(nèi)外的亮度差異，減光效果明顯，延長了駕駛員的視覺調(diào)整時間，消除了黑洞效應(yīng)（圖2），極大地改善了行車環(huán)境。

圖2 隧道涂裝后效果

b）隧道間隔400～500 m設(shè)置一處由反光環(huán)和LED燈帶組成的發(fā)光環(huán)，并在隧道出入口及隧道內(nèi)增設(shè)嵌入式突起路標和普通型突起路標，在隧道緊急停車帶拱頂及檢修道側(cè)壁設(shè)置鋁板+黃黑相間反光膜的立面標記，可有效地降低事故率，美化隧道內(nèi)環(huán)境，緩解司乘人員長時間隧道內(nèi)行駛的壓抑感，提高行車安全性。

圖3 交通安全設(shè)施改造后效果

c）對射流風機及軟啟動器進行修復，并在射流風機端口粘貼紅白相間的反光膜，改造后酷似“救生圈”，醒目生動，提醒司機安全駕駛。

圖4 通風設(shè)施改造后效果

d）采用LED無級調(diào)光控制系統(tǒng)，燈具功率進一步降低，工作溫度更低，燈具使用壽命可達10年以上，年耗電量節(jié)約15%以上，有效降低運營成本，每年可降低一定的碳排放，同時減少了大量電子垃圾的產(chǎn)生，實現(xiàn)按需照明。LED無級調(diào)光控制系統(tǒng)，可以根據(jù)公路隧道洞內(nèi)外亮度變化情況、設(shè)定的車流量、時間段、養(yǎng)護系數(shù)冗余等參量對隧道照明燈具進行控制。

e）采用隧道智能監(jiān)管平臺技術(shù)，對養(yǎng)護、維修、巡檢任務(wù)進行流程化管理，實現(xiàn)隧道管理無紙化辦公，降低運維成本。

（a）隧道監(jiān)控平臺改造前 隧道機電系統(tǒng)處于各自分立狀態(tài)，無法對設(shè)備的實時狀態(tài)進行實時監(jiān)測、感知、有效分析，人工巡檢工作量大且效率低，無法第一時間獲取故障設(shè)備信息。一旦隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或火災(zāi)等緊急情況，很難實現(xiàn)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的應(yīng)急管理和控制，極易引發(fā)事故擴大或增大損失。

（b）隧道監(jiān)控平臺改造后 監(jiān)管平臺實時監(jiān)控、實時感知、實時管理，對設(shè)備的全壽命周期、故障報修、自動巡檢、人工巡檢記錄進行統(tǒng)一規(guī)范化管理。通過數(shù)據(jù)挖掘，形成圖形報表，直觀地把信息展現(xiàn)給管理者，制定有效的決策，提升了運營效率，人工巡檢工作量下降，故障發(fā)現(xiàn)處理時間縮短。系統(tǒng)病害庫智能推薦維修方式，使得故障設(shè)備維修效率提升。“應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)”在智能監(jiān)管平臺中凸顯出對應(yīng)急突發(fā)事故處置的高效性，可降低損失。隧道機電設(shè)備設(shè)施改造后實現(xiàn)運營安全一體化，并實現(xiàn)“三級聯(lián)網(wǎng)分級管理”（省中心、片區(qū)中心、站級），最終實現(xiàn)建、養(yǎng)、管一體化。

f）在山西省內(nèi)實現(xiàn)高清事件檢測與洞外阻攔系統(tǒng)聯(lián)動應(yīng)用，提升了事件檢測準確率，降低了管理成本，可有效減少交通事故與經(jīng)濟損失。

基于深度學習的智能事件檢測系統(tǒng)，可以在第一時間將事件信息和應(yīng)急處置措施通過網(wǎng)絡(luò)對講機推送至可變情報板、洞外阻攔系統(tǒng)等平臺，及時對司乘人員進行警示并封閉隧道，實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動及時反饋，提高了應(yīng)急保暢能力。事件檢測系統(tǒng)采用深度學習算法對視頻進行實時分析，當視頻中有行人、停車、逆行、擁堵、拋灑物、火災(zāi)等異常事件時，及時彈框告警、聲光告警。改造之前事件檢測系統(tǒng)準確率不到50%，改造后事件檢測綜合準確率提升至95%以上；改造前系統(tǒng)單臺設(shè)備只能接入8路標清視頻，改造后系統(tǒng)單臺設(shè)備可以接入40路高清視頻。

通過提升改造，產(chǎn)生較高的經(jīng)濟和社會效益：

（a）一個監(jiān)控室只需配備一名監(jiān)控人員，工作量和有效工作時長大大降低，按每個監(jiān)控站配置4個工作人員計算，可降低運營方每年4人次的人力成本。

（b）減少人工疏漏導致的經(jīng)濟損失,識別效率和準確度均大大超過人工能力，從而大幅降低漏報和誤報的概率。

（c）智能路況提醒減少交通事故損失，降低擁堵和二次交通事故發(fā)生的概率。

g）采用智能化消防管道防漏防凍安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，解決了隧道消防管道人工巡查漏點難、資源浪費嚴重、安全風險大、效率低、嚴重影響隧道交通秩序的難題，降低了運營維護成本。采用智能電伴熱遠程控制技術(shù)，在后臺遠程監(jiān)控，動態(tài)檢測管線溫度，實現(xiàn)溫度上下限、斷纜、過流故障及聲光報警，降低了人工巡檢成本。

隧道消防管道防漏防凍安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由檢漏測溫傳感器、分站控制器、主站控制器和管理工作站的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)通過檢漏測溫傳感器植入到消防管道保溫層內(nèi)的接口處、支管處、閥門處，并將每個傳感器ID與隧道樁號對應(yīng)編碼。當檢測到滲水和溫度低于加溫預(yù)值時，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警位置信息，提示管理人員到預(yù)警點進行維護作業(yè)；當檢測到漏水和溫度低于冰點值時，系統(tǒng)發(fā)出漏水和冰凍點位置信息，警示管理人員及時到達警示點進行搶修。

3 結(jié)語

本文以大南山特長隧道為例，通過對隧道機電設(shè)施存在的問題進行了描述，首次在隧道出入口段采用高反射系數(shù)涂料工藝，獲得了良好的行車視覺效果，有效配置了資源、提高了照明反射系數(shù)；在隧道內(nèi)增設(shè)反光環(huán)和發(fā)光環(huán)，并在出入口及隧道內(nèi)增設(shè)路標，在緊急停車帶設(shè)置立面標記，增強了誘導性，可緩解司乘人員長時間隧道內(nèi)行駛的壓抑感。另外，隧道照明采用了無級調(diào)光技術(shù)，降低了電費運營成本；隧道通風設(shè)施進行了故障修復，隧道水消防實現(xiàn)了管道防漏防凍安全監(jiān)測預(yù)警，提高了巡檢效率和質(zhì)量；隧道內(nèi)增設(shè)高清事件智能檢測與阻攔系統(tǒng)聯(lián)動系統(tǒng)，提升了安全監(jiān)控與應(yīng)急處治管理響應(yīng)能力；隧道監(jiān)控平臺進行了整體式升級改造，實現(xiàn)了交通狀況實時監(jiān)控。大南山特長隧道提質(zhì)升級工程的順利實施，為山西省隧道提質(zhì)升級行動起到了很好的示范效應(yīng)。