公路隧道提質升級方案設計

武瑞兵

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

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

1 設計原則

按照重點突出、因隧制宜、功能適用、分類施策的原則，鼓勵采用經過充分論證的新技術、新材料、新工藝、新產品的要求[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，隧道運營應實現質的提升，且符合設計規范基本要求，能起到公路隧道提質升級行動的典型示范效應，具有一定的經濟、社會和環境效益。

2 設計內容

2.1 隧道內交通工程設施現狀

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

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

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

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備故障。

d）中央控制管理系統設施方面，隧道綜合控制平臺存在頻繁死機導致火災報警系統無法遠程聯動、可變情報板無法控制、CO/VI與風速風向傳感器無法采集數據等問題。

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、耐水性好、自清潔等特點，采用LED高效節能燈與“3MA專用瓷化涂裝飾面”相組合的創新技術及材料，可獲得良好行車視覺效果，節省電費成本。

（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，洞內墻面、 拱頂壁面反射系數較低（如圖1）。

圖1 隧道涂裝前狀況

（b）涂裝后效果 通過拱頂的瓷化涂裝，從亮度較高的洞口分段漸變過渡，緩和了隧道洞口內外的亮度差異，減光效果明顯，延長了駕駛員的視覺調整時間，消除了黑洞效應（圖2），極大地改善了行車環境。

圖2 隧道涂裝后效果

b）隧道間隔400～500 m設置一處由反光環和LED燈帶組成的發光環，并在隧道出入口及隧道內增設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壁設置鋁板+黃黑相間反光膜的立面標記，可有效地降低事故率，美化隧道內環境，緩解司乘人員長時間隧道內行駛的壓抑感，提高行車安全性。

圖3 交通安全設施改造后效果

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 通風設施改造后效果

d）采用LED無級調光控制系統，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生，實現按需照明。LED無級調光控制系統，可以根據公路隧道洞內外亮度變化情況、設定的車流量、時間段、養護系數冗余等參量對隧道照明燈具進行控制。

e）采用隧道智能監管平臺技術，對養護、維修、巡檢任務進行流程化管理，實現隧道管理無紙化辦公，降低運維成本。

（a）隧道監控平臺改造前 隧道機電系統處于各自分立狀態，無法對設備的實時狀態進行實時監測、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備信息。一旦隧道內發生交通事故或火災等緊急情況，很難實現統一、協調的應急管理和控制，極易引發事故擴大或增大損失。

（b）隧道監控平臺改造后 監管平臺實時監控、實時感知、實時管理，對設備的全壽命周期、故障報修、自動巡檢、人工巡檢記錄進行統一規范化管理。通過數據挖掘，形成圖形報表，直觀地把信息展現給管理者，制定有效的決策，提升了運營效率，人工巡檢工作量下降，故障發現處理時間縮短。系統病害庫智能推薦維修方式，使得故障設備維修效率提升。“應急指揮調度系統”在智能監管平臺中凸顯出對應急突發事故處置的高效性，可降低損失。隧道機電設備設施改造后實現運營安全一體化，并實現“三級聯網分級管理”（省中心、片區中心、站級），最終實現建、養、管一體化。

f）在山西省內實現高清事件檢測與洞外阻攔系統聯動應用，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濟損失。

基于深度學習的智能事件檢測系統，可以在第一時間將事件信息和應急處置措施通過網絡對講機推送至可變情報板、洞外阻攔系統等平臺，及時對司乘人員進行警示并封閉隧道，實現應急聯動及時反饋，提高了應急保暢能力。事件檢測系統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；改造前系統單臺設備只能接入8路標清視頻，改造后系統單臺設備可以接入40路高清視頻。

通過提升改造，產生較高的經濟和社會效益：

（a）一個監控室只需配備一名監控人員，工作量和有效工作時長大大降低，按每個監控站配置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生的概率。

g）采用智能化消防管道防漏防凍安全監測預警技術，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，在后臺遠程監控，動態檢測管線溫度，實現溫度上下限、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測預警系統由檢漏測溫傳感器、分站控制器、主站控制器和管理工作站的硬件系統結構組成。系統通過檢漏測溫傳感器植入到消防管道保溫層內的接口處、支管處、閥門處，并將每個傳感器ID與隧道樁號對應編碼。當檢測到滲水和溫度低于加溫預值時，系統發出預警位置信息，提示管理人員到預警點進行維護作業；當檢測到漏水和溫度低于冰點值時，系統發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 結語

本文以大南山特長隧道為例，通過對隧道機電設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；在隧道內增設反光環和發光環，并在出入口及隧道內增設路標，在緊急停車帶設置立面標記，增強了誘導性，可緩解司乘人員長時間隧道內行駛的壓抑感。另外，隧道照明采用了無級調光技術，降低了電費運營成本；隧道通風設施進行了故障修復，隧道水消防實現了管道防漏防凍安全監測預警，提高了巡檢效率和質量；隧道內增設高清事件智能檢測與阻攔系統聯動系統，提升了安全監控與應急處治管理響應能力；隧道監控平臺進行了整體式升級改造，實現了交通狀況實時監控。大南山特長隧道提質升級工程的順利實施，為山西省隧道提質升級行動起到了很好的示范效應。