高山隧道機電工程改擴建設計方案研究

1工程概述

高山隧道位于G5011蕪合高速蕪湖至林頭段,G5011蕪合高速是國家高速公路網的重要組成部分,是皖北、皖中與皖江、皖南地區(qū)聯系的重要干線公路,在路網中具有十分重要的地位。近年來G5011蕪合高速公路交通量發(fā)展迅猛,2014年路段日均交通量已達2.3萬輛/d(絕對數)。G5011蕪合高速的擴容改造已列入《安徽省交通運輸"十三五"發(fā)展規(guī)劃》中,其中林頭至隴西段的改擴建工程已先期啟動,G5011蕪合高速蕪湖至林頭段的改擴建已迫在眉睫,其中高山隧道將同期進行改擴建工程。

2隧道現狀

2.1隧道主體工程

既有高山隧道左右線分別為712m和677m,最大埋深130m,建成于1995年。隧道設計速度80km/h,建筑限界寬度10.5m,凈高5.0m。全隧道位于直線上,縱坡采用人字坡,左線為上坡1.934%,下坡1.641%:右線為上坡1.908%,下坡1.734%。隧道左、右線中心間距為50m,兩端均采用端墻式洞門。隧道內預留有部分洞室,根據現場調查,現有洞室存在數量不足、間距不一致等情況:同時現有部分系統(tǒng)的線纜采用明裝方式敷設,后期開槽敷設在隧道側壁內:現有隧道洞室不能滿足設置安裝需求,需要對現有隧道進行開挖,以滿足后期安裝需求。

2.2隧道機電

公路隧道機電工程是保證車輛安全通行的必要條件?，F有隧道內設置有雙波長火焰探測系統(tǒng),在隧道內每隔50m增設一套雙波長火災探測器、手動報警按鈕。隧道洞內每隔150m設置緊急電話分機,每隔50m設置隧道揚聲器。其中緊急電話分機采用明裝方式。在電纜溝上方全線設置光電誘導標,用于顯示隧道輪廓。全線設置有完善的車行、人行橫洞指示標志。隧道內設置有完善的照明系統(tǒng),照明采用高壓鈉燈＋LED燈相結合的方式布設。隧道內間隔50m設置干粉滅火器,滅火器放置在隧道電纜溝上方,現階段未設置水消防系統(tǒng)。采用房建式變電所供電,位于合肥端洞口附近,變壓器于2007年進行改造,容量為400kVA。

3設計方案

3.1主體工程

3.1.1起點至雍鎮(zhèn)主線收費站路段

設計速度100km/h:其中起點至商合杭大橋連接線與G5011蕪合高速分匯流鼻處,采用兩側分離增建方式與商合杭大橋連接線相連接,既有G5011蕪合高速不加寬:商合杭大橋連接線與G5011蕪合高速分匯流鼻處至雍鎮(zhèn)主線收費站段為雙向八車道,整體式路基寬41.0m。

3.1.2雍鎮(zhèn)主線收費站至終點路段

既有高山隧道部分速度維持原來的100km/h,其余設計速度為120km/h,雙向八車道,整體式路基寬42.0m,單向四車道分離式路基寬20.75m,單向兩車道分離式路基寬13.25m。

3.1.3高山隧道路段

采用"新建兩車道隧道＋改造兩車道隧道＋改造兩車道隧

道＋新建兩車道隧道"分離增建方案。

3.2機電工程

3.2.1隧道等級劃分

根據預測交通量、《公路隧道設計規(guī)范第二冊交通工程與附屬設施》(JTGD70/2一2014)等級劃分及《高速公路監(jiān)控技術要求》(交通運輸部2012年第3號公告)相關規(guī)定,隧道的監(jiān)控等級劃分為B級。

3.2.2監(jiān)控系統(tǒng)

(1)交通檢測與控制?？刂品绞娇梢苑譃樽詣涌刂婆c手動控制,正常情況下通過控制室的計算機對隧道交通信息進行數據采集、分析、信息發(fā)布及實時控制。隧道本地控制器向下以一對多的方式與外場設備相連,實時采集交通數據,并配備相應的各種接口模塊與設備通信。緊急情況下可實現現場人工控制。

(2)環(huán)境檢測與通風控制。主要由能見度/一氧化碳檢測器、風速風向檢測器及數據網絡通信設備等組成。控制方式可以分為自動控制與手動控制。正常情況下通過控制室的計算機對自動檢測的各環(huán)境參數進行分析,結合交通流量進行遠程控制。

(3)火災報警。在隧道全程設置雙波長火災探測系統(tǒng),每50m設置一個火災報警按鈕,與隧道滅火器洞室同址設置,全程監(jiān)控隧道路段內的火災信息。

(4)照明控制。照明控制根據洞內外光強數據和交通量,結合時段等因素對照明系統(tǒng)控制,調節(jié)照明亮度,保證行車安全。控制方式可以分為自動控制與手動控制。正常情況下通過在隧道入洞口成對設置光亮度檢測器,實時檢測洞內外的亮度值,并把檢測值傳至控制室處理后形成控制方案,對現場控制終端下達控制命令,實現對照明的控制。

(5)視頻監(jiān)控。通過設置在隧道洞內的監(jiān)控攝像機或洞外洞口附近的監(jiān)控攝像機直觀地、及時地觀測隧道內外交通運行狀況和事故現場,對特殊事故進行確認,為救災排險提供第一手信息。視頻監(jiān)控主要由隧道外監(jiān)控攝像機、隧道內監(jiān)控攝像機、控制室監(jiān)視器及網絡通信設備等組成。在隧道的洞口處設置遙控攝像機,以便觀察隧道口附近的車流。由監(jiān)控室集中監(jiān)控并發(fā)出指令遙控攝像機云臺上、下、左、右轉動,調節(jié)光圈、焦距等:同時在隧道內部每150m設置一臺監(jiān)控攝像機,對隧道內部的交通情況進行全程無盲點監(jiān)控。

(6)設備數據的傳輸、控制模式。隧道監(jiān)控設備的種類多而復雜,為了保證各監(jiān)控設備數據傳輸的可靠性和實時性,本次設計隧道的控制網絡結構方案采用環(huán)形結構。環(huán)形冗余結構帶有線路冗余,當線路上有一個斷點時,整個網絡仍可正常通信,常見于工業(yè)網絡。隧道內各監(jiān)控設備的監(jiān)控數據首先由布置在隧道內和隧道變電所的本地控制器(PLC)進行實時采集和控制,同時經設置在隧道變電所內的工業(yè)以太網交換機組成環(huán)形自愈環(huán)網將數據傳送到控制室進行管理。

3.3緊急電話及廣播系統(tǒng)

根據交公路發(fā)[2005]495號文及隧道監(jiān)控等級要求設置緊急電話與有線廣播系統(tǒng)。當隧道出現緊急情況時,巢湖隧道管理站可利用緊急電話和隧道廣播系統(tǒng)呼叫,及時疏導交通。

緊急電話及廣播系統(tǒng)采用二合一的控制方式。每隔200m布設一臺緊急電話分機,隧道內每50m設置一個揚聲器,每200m為一個音區(qū),揚聲器面向行車方向安裝。

3.4隧道照明

隧道照明燈具采用LED燈。隧道照明燈具在兩側布置,隧道的加強照明、基本及應急照明燈具安裝在隧道的兩側,基本及應急照明采用交錯方式布置。

3.5隧道供配電

隧道現階段10kV外電取自陶廠鎮(zhèn)1#變,自陶廠鎮(zhèn)供電至高山隧道的巢湖方向端變電所需跨越整個隧道,維護檢修困難且易發(fā)生故障,因此本次改造在隧道的蕪湖端設置變電所,10kV線路不再跨越隧道。選用低損耗,低噪聲,接線組別為D,yn11的環(huán)保節(jié)能型變壓器[2]。隧道配電采用放射式與樹干式相結合的配電方式,原則上配電級數不得超過三級,供電電壓均為380/220V。

3.6隧道消防

隧道消防采用水成膜+滅火器的方式,消防供水方式設計采用增壓穩(wěn)壓供水方式。

4隧道保通方案

高山隧道路段采用"兩新+兩原+兩原+兩新"的兩側分離增建方案,采用先新建兩側新的隧道,新建隧道局部通車后再改造原有隧道的保通方案,隧道機電工程施工保通亦保持一致。

在本工程施工期間,光纜會斷開。高山隧道繼續(xù)通車使用,隧道的數據需確保能傳至巢湖隧道管理站,以便在隧道出現緊急狀況時能及時作出回應。光纜斷開期間,租用公網進行傳輸?？紤]到隧道報警信號的重要性,需同時租用兩家電信運營商的線路作為一主一備。與兩家電信運營商的端口通過路由器連接。當主要電信運營商的鏈路出現故障時,路由器可以跳轉至備用電信運營商的鏈路,以保證隧道管理站與隧道保持暢通。

高山隧道的數據和圖像在附近的隧道配電房匯聚。施工期間,隧道與管理站之間的光纜會斷開。隧道配電房位置偏僻,電信運營商無法將網線拉至隧道配電房,因此隧道配電房與公網的連接需要通過無線傳輸,該無線設備需由電信運營商提供。

5結語

本文根據高山隧道主體擴建方案,結合隧道內現有設備設置情況,對高山隧道的機電工程改擴建方案進行了研究,從各系統(tǒng)的設置以及改擴建期間的隧道保通方面指導后期的隧道改擴建工作。