高山隧道机电工程改扩建设计方案研究

1工程概述

高山隧道位于G5011芜合高速芜湖至林头段,G5011芜合高速是国家高速公路网的重要组成部分,是皖北、皖中与皖江、皖南地区联系的重要干线公路,在路网中具有十分重要的地位。近年来G5011芜合高速公路交通量发展迅猛,2014年路段日均交通量已达2.3万辆/d(绝对数）。G5011芜合高速的扩容改造已列入《安徽省交通运输"十三五"发展规划》中,其中林头至陇西段的改扩建工程已先期启动,G5011芜合高速芜湖至林头段的改扩建已迫在眉睫,其中高山隧道将同期进行改扩建工程。

2隧道现状

2.1隧道主体工程

既有高山隧道左右线分别为712m和677m,最大埋深130m,建成于1995年。隧道设计速度80km/h,建筑限界宽度10.5m,净高5.0m。全隧道位于直线上,纵坡采用人字坡,左线为上坡1.934%,下坡1.641%;右线为上坡1.908%,下坡1.734%。隧道左、右线中心间距为50m,两端均采用端墙式洞门。隧道内预留有部分洞室,根据现场调查,现有洞室存在数量不足、间距不一致等情况:同时现有部分系统的线缆采用明装方式敷设,后期开槽敷设在隧道侧壁内;现有隧道洞室不能满足设置安装需求,需要对现有隧道进行开挖,以满足后期安装需求。

2.2隧道机电

公路隧道机电工程是保证车辆安全通行的必要条件。现有隧道内设置有双波长火焰探测系统,在隧道内每隔50m增设一套双波长火灾探测器、手动报警按钮。隧道洞内每隔150m设置紧急电话分机,每隔50m设置隧道扬声器。其中紧急电话分机采用明装方式。在电缆沟上方全线设置光电诱导标,用于显示隧道轮廓。全线设置有完善的车行、人行横洞指示标志。隧道内设置有完善的照明系统,照明采用高压钠灯+LED灯相结合的方式布设。隧道内间隔50m设置干粉灭火器,灭火器放置在隧道电缆沟上方,现阶段未设置水消防系统。采用房建式变电所供电,位于合肥端洞口附近,变压器于2007年进行改造,容量为400kVA。

3设计方案

3.1主体工程

3.1.1起点至雍镇主线收费站路段

设计速度100km/h;其中起点至商合杭大桥连接线与G5011芜合高速分汇流鼻处,采用两侧分离增建方式与商合杭大桥连接线相连接,既有G5011芜合高速不加宽:商合杭大桥连接线与G5011芜合高速分汇流鼻处至雍镇主线收费站段为双向八车道,整体式路基宽41.0m。

3.1.2雍镇主线收费站至终点路段

既有高山隧道部分速度维持原来的100km/h,其余设计速度为120km/h,双向八车道,整体式路基宽42.0m,单向四车道分离式路基宽20.75m,单向两车道分离式路基宽13.25m。

3.1.3高山隧道路段

采用"新建两车道隧道+改造两车道隧道+改造两车道隧道＋新建两车道隧道"分离增建方案。

3.2机电工程

3.2.1隧道等级划分

根据预测交通量、《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》(JTGD70/2一2014)等级划分及《高速公路监控技术要求》(交通运输部2012年第3号公告)相关规定,隧道的监控等级划分为B级。

3.2.2监控系统

(1)交通检测与控制。控制方式可以分为自动控制与手动控制,正常情况下通过控制室的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器向下以一对多的方式与外场设备相连,实时采集交通数据,并配备相应的各种接口模块与设备通信。紧急情况下可实现现场人工控制。

(2)环境检测与通风控制。主要由能见度/一氧化碳检测器、风速风向检测器及数据网络通信设备等组成。控制方式可以分为自动控制与手动控制。正常情况下通过控制室的计算机对自动检测的各环境参数进行分析,结合交通流量进行远程控制。

(3)火灾报警。在隧道全程设置双波长火灾探测系统,每50m设置一个火灾报警按钮,与隧道灭火器洞室同址设置,全程监控隧道路段内的火灾信息。

(4)照明控制。照明控制根据洞内外光强数据和交通量,结合时段等因素对照明系统控制,调节照明亮度,保证行车安全。控制方式可以分为自动控制与手动控制。正常情况下通过在隧道入洞口成对设置光亮度检测器,实时检测洞内外的亮度值,并把检测值传至控制室处理后形成控制方案,对现场控制终端下达控制命令,实现对照明的控制。

(5)视频监控。通过设置在隧道洞内的监控摄像机或洞外洞口附近的监控摄像机直观地、及时地观测隧道内外交通运行状况和事故现场,对特殊事故进行确认,为救灾排险提供第一手信息。视频监控主要由隧道外监控摄像机、隧道内监控摄像机、控制室监视器及网络通信设备等组成。在隧道的洞口处设置遥控摄像机,以便观察隧道口附近的车流。由监控室集中监控并发出指令遥控摄像机云台上、下、左、右转动,调节光圈、焦距等:同时在隧道内部每150m设置一台监控摄像机,对隧道内部的交通情况进行全程无盲点监控。

(6)设备数据的传输、控制模式。隧道监控设备的种类多而复杂,为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性,本次设计隧道的控制网络结构方案采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余,当线路上有一个断点时,整个网络仍可正常通信,常见于工业网络。隧道内各监控设备的监控数据首先由布置在隧道内和隧道变电所的本地控制器(PLC)进行实时采集和控制,同时经设置在隧道变电所内的工业以太网交换机组成环形自愈环网将数据传送到控制室进行管理。

3.3紧急电话及广播系统

根据交公路发[2005]495号文及隧道监控等级要求设置紧急电话与有线广播系统。当隧道出现紧急情况时,巢湖隧道管理站可利用紧急电话和隧道广播系统呼叫,及时疏导交通。

紧急电话及广播系统采用二合一的控制方式。每隔200m布设一台紧急电话分机,隧道内每50m设置一个扬声器,每200m为一个音区,扬声器面向行车方向安装。

3.4隧道照明

隧道照明灯具采用LED灯。隧道照明灯具在两侧布置,隧道的加强照明、基本及应急照明灯具安装在隧道的两侧,基本及应急照明采用交错方式布置。

3.5隧道供配电

隧道现阶段10kV外电取自陶厂镇1#变,自陶厂镇供电至高山隧道的巢湖方向端变电所需跨越整个隧道,维护检修困难且易发生故障,因此本次改造在隧道的芜湖端设置变电所,10kV线路不再跨越隧道。选用低损耗,低噪声,接线组别为D,yn11的环保节能型变压器。隧道配电采用放射式与树干式相结合的配电方式,原则上配电级数不得超过三级,供电电压均为380/220V。

3.6隧道消防

隧道消防采用水成膜+灭火器的方式,消防供水方式设计采用增压稳压供水方式。

4隧道保通方案

高山隧道路段采用"两新+两原+两原+两新"的两侧分离增建方案,采用先新建两侧新的隧道,新建隧道局部通车后再改造原有隧道的保通方案,隧道机电工程施工保通亦保持一致。

在本工程施工期间,光缆会断开。高山隧道继续通车使用,隧道的数据需确保能传至巢湖隧道管理站,以便在隧道出现紧急状况时能及时作出回应。光缆断开期间,租用公网进行传输。考虑到隧道报警信号的重要性,需同时租用两家电信运营商的线路作为一主一备。与两家电信运营商的端口通过路由器连接。当主要电信运营商的链路出现故障时,路由器可以跳转至备用电信运营商的链路,以保证隧道管理站与隧道保持畅通。

高山隧道的数据和图像在附近的隧道配电房汇聚。施工期间,隧道与管理站之间的光缆会断开。隧道配电房位置偏僻,电信运营商无法将网线拉至隧道配电房,因此隧道配电房与公网的连接需要通过无线传输,该无线设备需由电信运营商提供。

5结语

本文根据高山隧道主体扩建方案,结合隧道内现有设备设置情况,对高山隧道的机电工程改扩建方案进行了研究,从各系统的设置以及改扩建期间的隧道保通方面指导后期的隧道改扩建工作。