城市隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)分析與技術(shù)探討

吳遠(yuǎn)志，張國權(quán)

（1.中佑勘察設(shè)計有限公司，吉林 長春 132000；2.中交遠(yuǎn)洲交通科技集團有限公司華南設(shè)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(nèi)均低于周邊地塊的標(biāo)高，隧道內(nèi)的排水采用泵房收水，并根據(jù)50 a 的重現(xiàn)期進行計算雨量，加設(shè)三臺抽水泵，“兩用一備”。近年來廣州暴雨天氣頻發(fā)，隧道內(nèi)遭遇水淹的情況較為普遍，相關(guān)管理部門提出，為了保證在暴雨天氣隧道內(nèi)的安全，需進行隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)研究，并提出可實施方案。通過與智能交通和應(yīng)急部門多次進行相關(guān)的方案研討、比選分析，提出隧道內(nèi)采用感應(yīng)裝置，隧道兩端設(shè)置自動閘門和交通提示燈，由隧道內(nèi)的感應(yīng)系統(tǒng)反饋至地面交通系統(tǒng)，自行落閘并亮紅燈，禁止通行隧道。本應(yīng)急系統(tǒng)實現(xiàn)了實時采集、傳輸、存儲和管理汛情信息，給防汛指揮調(diào)度的信息和模型提供相關(guān)的決策分析支持，保證城市防汛指揮調(diào)度工作的有效性、準(zhǔn)確性和及時性，同類建設(shè)條件下，可操作性、可實施性強，可為同類工程的防汛應(yīng)急部署提供經(jīng)驗[1]。

1 隧道排水設(shè)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(nèi)產(chǎn)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(jù)單一重現(xiàn)期暴雨強度公式：

q= 3 623.35/（t+6.274）0.598（重現(xiàn)期P=50 a）

隧道雨水泵房雨水設(shè)計流量為677 L/s（50 a 一遇），設(shè)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(shè)計參數(shù)為：流量Q=1 200 m3/h；揚程H=18 m；功率N=90 kW。

2 隧道防汛應(yīng)急設(shè)計目標(biāo)

通過設(shè)置后臺控制中心和無線通信模塊，可以將隧道內(nèi)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(fā)情況可以啟動應(yīng)急措施，并第一時間趕往現(xiàn)場進行救援。當(dāng)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(fā)出隧道禁止通行的警示。當(dāng)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(fā)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(dǎo)致乘員出現(xiàn)人身安全危險。

聲光報警器包括用于發(fā)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(nèi)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?qū)z像頭拍攝的畫面通過無線通信模塊傳輸?shù)胶笈_控制中心。

隧道路面上方的對講設(shè)備與控制器電性連接，且控制器能夠?qū)χv設(shè)備收集到的語音信息通過無線通信模塊傳輸?shù)胶笈_控制中心。

3 隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)原理

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

水位監(jiān)測裝置固定在隧道閉口段內(nèi)，聲光報警器和門閘設(shè)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(jiān)測裝置、聲光報警器、門閘、排水泵體組件信號連接，電源設(shè)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(shù)據(jù)傳輸至后臺控制中心。

水位監(jiān)測裝置包括安裝在隧道閉口段內(nèi)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(tǒng)相連接，用于監(jiān)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(jié)構(gòu)，且安裝桿底部設(shè)置有與安裝桿內(nèi)部連通的測水孔。其中，水位監(jiān)測裝置設(shè)置了實時液位檢測模塊，以及放置于安裝桿內(nèi)部且可隨水位變化沿安裝桿軸向上下移動的浮動標(biāo)簽，在安裝桿頂端設(shè)置標(biāo)簽信號接收器。浮動標(biāo)簽發(fā)送無線脈沖給標(biāo)簽信號接收器，標(biāo)簽信號接收器根據(jù)接收到的信息，分析計算出所述浮動標(biāo)簽所在的水位，并將該水位信息發(fā)送給控制器。

排水泵體組件包括常用泵體和備用泵體。當(dāng)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(dāng)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(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計

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

在雨水泵房對側(cè)設(shè)置一套防汛應(yīng)急系統(tǒng)配電控制箱，箱內(nèi)設(shè)置一套交通邊緣服務(wù)器，作為防汛系統(tǒng)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(shè)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(jiān)控、信息發(fā)布、應(yīng)急廣播、隧道指示燈。隧道東西入口限高架架頂上設(shè)置信息顯示屏，并提前在適當(dāng)位置各增加一對信息顯示屏。隧道內(nèi)部署電子水尺、超聲波液位傳感器和視頻監(jiān)控，監(jiān)控隧道水浸情況。系統(tǒng)設(shè)置上傳接口，可傳輸至遠(yuǎn)程管理中心，進行統(tǒng)一監(jiān)測管理。

防汛系統(tǒng)拓?fù)鋱D和設(shè)備圖，見圖1、圖2。

圖1 防汛系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 防汛系統(tǒng)設(shè)備圖

5 應(yīng)用探討

本下穿式隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)工程，依托信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云應(yīng)用、GIS 信息技術(shù)和公共安全科技，進行全方位、立體化、一體化的頂層規(guī)劃設(shè)計，構(gòu)筑應(yīng)急管理信息化體系結(jié)構(gòu)[5-6]。

當(dāng)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(dāng)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(fā)出隧道禁止通行的警示，以避免車輛進入隧道后積水繼續(xù)加深而可能存在安全風(fēng)險，作為第二道防線。當(dāng)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(fā)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(dǎo)致乘員出現(xiàn)人身安全危險，作為第三道防線。因此，本系統(tǒng)為隧道的內(nèi)澇安全風(fēng)險提供了三道防線，有效地保障了途經(jīng)隧道的車輛乘員的人身安全和財產(chǎn)安全。

6 結(jié) 語

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