城市隧道防汛應急系統分析與技術探討

吳遠志，張國權

（1.中佑勘察設計有限公司，吉林 長春 132000；2.中交遠洲交通科技集團有限公司華南設計院，廣東 廣州510630）

0 引 言

廣州某新建道路工程，為滿足交通通行能力，需對交叉路口采用立交型式。通過綜合方案比選，采用地面平面交叉，地下直行交通采用隧道穿越交叉口，隧道內均低于周邊地塊的標高，隧道內的排水采用泵房收水，并根據50 a 的重現期進行計算雨量，加設三臺抽水泵，“兩用一備”。近年來廣州暴雨天氣頻發，隧道內遭遇水淹的情況較為普遍，相關管理部門提出，為了保證在暴雨天氣隧道內的安全，需進行隧道防汛應急系統研究，并提出可實施方案。通過與智能交通和應急部門多次進行相關的方案研討、比選分析，提出隧道內采用感應裝置，隧道兩端設置自動閘門和交通提示燈，由隧道內的感應系統反饋至地面交通系統，自行落閘并亮紅燈，禁止通行隧道。本應急系統實現了實時采集、傳輸、存儲和管理汛情信息，給防汛指揮調度的信息和模型提供相關的決策分析支持，保證城市防汛指揮調度工作的有效性、準確性和及時性，同類建設條件下，可操作性、可實施性強，可為同類工程的防汛應急部署提供經驗[1]。

1 隧道排水設計

本隧道自西向東長約440 m，其中閉口段約135.15 m，U 型槽約114 m，擋土墻段約190.85 m。隧道排水無法采用重力流，需新建一座雨水泵房，強排因降雨隧道內產生雨水。雨水通過泵站提升后，通過消能井排至雨水管道，隧道泵房匯水面積約為1.20 hm2。根據單一重現期暴雨強度公式：

q= 3 623.35/（t+6.274）0.598（重現期P=50 a）

隧道雨水泵房雨水設計流量為677 L/s（50 a 一遇），設計揚程取10 m，泵站安裝3 臺水泵，其中兩臺使用、一臺備用。選取潛水泵的設計參數為：流量Q=1 200 m3/h；揚程H=18 m；功率N=90 kW。

2 隧道防汛應急設計目標

通過設置后臺控制中心和無線通信模塊，可以將隧道內部水位情況，以及聲光報警器、門閘、排水泵體組件等的實時工作情況信息收集，遇到突發情況可以啟動應急措施，并第一時間趕往現場進行救援。當水位超過第一、第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動，同時用聲光報警器向駕駛員發出隧道禁止通行的警示。當水位超過第三水位傳感器，控制器控制常用泵體和備用泵體啟動，同時用聲光報警器向駕駛員發出隧道禁止通行的警示，而且啟動門閘來攔截車輛，以避免車輛強行沖入隧道而導致乘員出現人身安全危險。

聲光報警器包括用于發出聲光警示信號的聲光警示器和用于顯示告知駕駛員隧道禁止通行的文字內容的警示顯示屏。

安裝在隧道路面上方的攝像頭，輸出端與控制器電性連接，且控制器能夠將攝像頭拍攝的畫面通過無線通信模塊傳輸到后臺控制中心。

隧道路面上方的對講設備與控制器電性連接，且控制器能夠將對講設備收集到的語音信息通過無線通信模塊傳輸到后臺控制中心。

3 隧道防汛應急系統原理

安全防控系統包括后臺控制中心、無線通信模塊、電源設備、控制器、水位監測裝置、聲光報警器和門閘、排水泵體組件等[3-4]。

水位監測裝置固定在隧道閉口段內，聲光報警器和門閘設置在進入隧道之前的兩端隔離帶，排水泵體組件與隧道排水渠道連通。控制器分別與水位監測裝置、聲光報警器、門閘、排水泵體組件信號連接，電源設備與控制器電性連接，且控制器通過無線通信模塊將實時數據傳輸至后臺控制中心。

水位監測裝置包括安裝在隧道閉口段內的安裝桿。安裝桿從下到上依次為第一水位傳感器、第二水位傳感器、第三水位傳感器，且均與處理系統相連接，用于監測水位，第一水位傳感器離地面的高度為10 cm，第二水位傳感器離地面的高度為25 cm，第三水位傳感器離地面的高度為30 cm。

安裝桿為中空結構，且安裝桿底部設置有與安裝桿內部連通的測水孔。其中，水位監測裝置設置了實時液位檢測模塊，以及放置于安裝桿內部且可隨水位變化沿安裝桿軸向上下移動的浮動標簽，在安裝桿頂端設置標簽信號接收器。浮動標簽發送無線脈沖給標簽信號接收器，標簽信號接收器根據接收到的信息，分析計算出所述浮動標簽所在的水位，并將該水位信息發送給控制器。

排水泵體組件包括常用泵體和備用泵體。當水位超過第一水位傳感器或第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動。當水位超過第三水位傳感器，則控制器控制常用泵體和備用泵體啟動。

4 下穿式隧道防汛應急系統設計

整個系統以下沉式隧道為單位，一個隧道即一個完整的監控告警系統，具有水位監測單元、提示告警單元、攔截單元、監控網絡、控制單元等，可獨立運行。隧道監控告警系統接受上級監控中心（運營管理中心）隧道防汛應急平臺系統監控管理[2]。

在雨水泵房對側設置一套防汛應急系統配電控制箱，箱內設置一套交通邊緣服務器，作為防汛系統的控制單元，包括信息采集、處理、計算、控制等。隧道兩端的入口前各建設一根多功能燈桿，作為提示告警單元掛載的物理載體，包括視頻監控、信息發布、應急廣播、隧道指示燈。隧道東西入口限高架架頂上設置信息顯示屏，并提前在適當位置各增加一對信息顯示屏。隧道內部署電子水尺、超聲波液位傳感器和視頻監控，監控隧道水浸情況。系統設置上傳接口，可傳輸至遠程管理中心，進行統一監測管理。

防汛系統拓撲圖和設備圖，見圖1、圖2。

圖1 防汛系統拓撲圖

圖2 防汛系統設備圖

5 應用探討

本下穿式隧道防汛應急系統工程，依托信息技術、互聯網技術、物聯網技術、云應用、GIS 信息技術和公共安全科技，進行全方位、立體化、一體化的頂層規劃設計，構筑應急管理信息化體系結構[5-6]。

當水位超過第一水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動，作為第一道防線。當水位超過第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動，同時用聲光報警器向駕駛員發出隧道禁止通行的警示，以避免車輛進入隧道后積水繼續加深而可能存在安全風險，作為第二道防線。當水位超過第三水位傳感器，則控制器控制常用泵體和備用泵體啟動，同時用聲光報警器向駕駛員發出隧道禁止通行的警示，而且啟動門閘來攔截車輛，以避免車輛強行沖入隧道而導致乘員出現人身安全危險，作為第三道防線。因此，本系統為隧道的內澇安全風險提供了三道防線，有效地保障了途經隧道的車輛乘員的人身安全和財產安全。

6 結 語

目前，本工程已進入實施階段，隧道防洪防汛系統實現了實時采集、傳輸、存儲和管理汛情信息，給防汛指揮調度的信息和模型提供相關的決策分析支持，保證城市防汛指揮調度工作的有效性、準確性和及時性，同類建設條件下，可操作性、可實施性強，可為同類工程的防汛應急部署提供經驗。