廣州南大干線隧道水雨情監測系統方案研究

陳 程，顧慶福，陳麗甜

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州510010）

0 引言

近年來，我國各地頻繁出現極端暴雨天氣，50 a一遇、100 a 一遇降水接二連三的侵襲各個城市。2018 年，臺風“山竹”來襲，廣州出現強降雨、珠江水倒灌，新中軸隧道、花城大道CBD 隧道、中山大學北門隧道、閱江路磨碟沙隧道等多處重點位置出現嚴重被淹情況。2021 年，7·20 鄭州特大暴雨造成重大人身及財產損失，其中，京廣北路隧道3 h 被灌滿導致6 人遇難。為避免今后出現以上慘痛教訓，城市隧道交通設施設計應考慮隧道淹水應急預警措施，將災情造成的損失降到最低。

本文提出隧道水雨情系統方案，該系統主要通過對監測點進行災害監測、預警并干預[1]，警示駕駛員謹慎通過或者繞道駛離淹水隧道，必要時自動攔截進入隧道車輛，防止意外發生。本文結合廣州南大干線工程金光東大道隧道實例，研究水雨情系統具體設置方案。

1 項目工程概述

廣州南大干線項目是省級重點工程，位于番禺北部，全長30.32 km，被譽為番禺交通“大動脈”。南大干線規劃定位為城市快速路，主要為中長距離的快速交通運輸服務，滿足各功能組團分區之間的快速通達。主線雙向8 車道，兩側各設單向雙車道輔道，主線設計車速80 km/h，輔道采用40 km/h。

南大干線設置立交25 處，其中含下穿隧道11座，存在隧道淹水事故風險，本次示例點為工程5 標范圍下穿金光東大道隧道，位置如圖1 所示。該隧道全長575 m，最大縱坡為3.412%。

圖1 南大干線隧道分布以及項目示例位置圖

2 隧道水雨情系統技術路線

本次方案提出系統架構主要由監測端-管理端-發布及警示端三個部分組成[2]，每個部分具體內容如圖2 所示。

圖2 水雨情系統技術路線

（1）監測端：通過液位傳感器進行水位監測，并實時監控隧道內部影像。（2）管理端：后臺管理平臺接受前端監測信息，根據具體情況調控前端交通設施。（3）發布及警示端：前端通過控制車行信號燈、情報板、物理道閘和其他交通設施，警示以及干預進出隧道車輛[3]。

3 隧道水雨情系統方案

水雨情監測系統將下穿隧道、水位監測和交通誘導結合起來，在隧道入口處設置道路指示燈，在積水達到預警水位時，提醒車輛謹慎通行；在積水達到危險水位時，警示車輛繞行，攔截進入隧道車輛，最大化降低人員傷亡及車輛受損的事故發生率。水雨情系統架構如圖3 所示。

圖3 水雨情系統架構圖

3.1 系統管理平臺

本系統設計將采用“分散監測，集中控制”模式[4]，管理平臺基于GIS 系統，通過終端實現遠程監控、管理，根據液位傳感器反饋信息即時了解隧道積水情況，同時可通過高清攝像頭畫面進一步確認，以防傳感器誤觸發。系統后臺為物聯網通信云平臺，展示監測站、交通控制站實時狀態，支持實時通信數據對接，保存監測到的積水深度數據，向值班人員發出聲光報警、短信息報警和電子郵件報警。數據云平臺支持歷史積水信息的存儲和當前積水情況的共享，結合PC 軟件、網頁、移動端APP 或公眾號進行發布。根據不同積水情況，管理部門可提前響應并制定相應措施，在積水加深前安排搶修排水設施，抽排積水，保持道路正常通行。

3.2 前端水情監測

隧道水位監測終端，采用電容感應式傳感器檢測水位，內置物聯網操作系統及物聯網通信模塊，當積水水位到達傳感器的安裝位置時，如圖4 所示，系統檢測到傳感器輸出信號，經過濾波和分析后，系統通過物聯網把信息傳輸至系統后臺服務器，控制終端根據服務器指令控制車道指示燈和LED 信息發布屏顯示相應狀態。

圖4 水位監測安裝圖

隧道水位監測終端主要涉及以下內容：

（1）水位監測點包括電容感應式水位傳感器、控制終端、通信模塊、IP68 防水密封盒、不銹鋼傳感器防護罩、大容量安全電池等部件。

（2）水位監測點安裝到隧道地勢最低位置，正常情況下水位監測站每3 min 采集一次水位數據，每小時自動上報一次數據，以保證設備在最低功耗狀態下運行；在監測到積水時，自動切換到每10 s 監測一次水位，同時將數據上傳到系統后臺，在形成災害時啟動報警。

（3）監測裝置具備防誤報功能，程序設定積水淹沒水位警戒線60 s 后觸發報警，當車輛經過積水處產生的短暫濺水不會觸發報警，觸發報警的時間可根據管理部門的實際需求進行后臺修改。

（4）監測裝置同時具備自檢功能，如發生傳感器被車輛剮蹭的現象，后臺監測到異常會及時將信息反饋給管理部門。

根據車輛的車輪、底盤、排氣口等部件的高度設置積水水位警戒線（最高25 cm）,并按階梯分級設置正常通行- 警示通行- 嚴禁通行高度。不同積水深度對應的不同位置的警示交通設施響應如表1 所示。

表1 隧道積水警戒情況及設備響應

當檢測地點無積水或者積水深度小于等于5 cm時，系統無警告信息，隧道口指示燈顯示綠色箭頭，隧道內可正常通行。

當檢測地點積水深度大于5 cm，小于等于25 cm時，系統發布隧道積水警示信息，并實時通知相關人員隧道內積水，注意及時安排人員巡查及清除積水，隧道口指示燈顯示綠色箭頭，LED 顯示屏發布信息提醒車輛謹慎通行。

當檢測地點積水深度大于25 cm 時，系統發布隧道積水超過安全水位警告信息，隧道入口處啟用物理閘機，封閉隧道通行，隧道頂指示燈顯示紅色X，主輔分流處車道車行信號燈自動顯示主線紅燈輔道綠燈，實現分流控制，及時快速疏散車輛，并通知相關人員隧道內積水嚴重，及時安排相關人員清楚積水、疏散交通。

3.3 交通設施設置

項目于南大干線下穿金光東大道隧道東往西方向入口處，設置隧道水雨情監測系統前端相關交通設施，如圖5 所示，具體交通設施包括以下內容。

圖5 南大干線金光東大道隧道水雨情前端系統設置示例

第一重警示：主線出口前設置LED 可變情報板和指路標志牌，提前預告前方道路情況，提供第一次警示和足夠變道距離。

第二重警示：主線出口處設置LED 可變情報板和分車道車行信號燈，進一步警示駕駛員注意當前隧道積水情況，如隧道內積水超過安全線時，LED 顯示禁止通行信息，同時車道車行信號燈顯示紅燈，將車流引流至輔道。

第三重警示：于隧道下坡起點處設置柔性物理道閘，并在隧道閉口段入口處設置隧道指示燈，當積水嚴重時，隧道指示燈顯示紅色“X”，下坡起點處關閉物理道閘，道閘設置示例如圖6 所示；裝配攝像頭對隧道內淹水情況進行監測；配置高音喇叭對被困人員進行語音疏離。

圖6 隧道道閘設置示例圖

4 結 語

隧道水雨情系統采用“三+ 三”架構系統，前者“三”由監測端、管理端和發布及警示端組成，后者“三”由前、中、后三重警示端組成，形成有效的監測、預警、干預系統，最大化降低了隧道淹水帶來的人身事故損失，體現了黨和國家以人為本、生命至上的執政思想，建議全國各地針對易澇隧道根據實際情況布置水雨情監測系統，完善積水水位線高度設置，實現隧道內水位監測和自動警示的智能應急功能。