浅谈如何促进高速公路隧道机电安装技术的创新

摘要：高速隧道机电安装涉及面很广，学科跨度很大，既有其特征，也有较大的通用性。文章将从高速公路隧道的特点，对交通机电系统的构成与技术进行分析，提出现阶段隧道施工的三大注意事项，最后提出相应的解决方案或者新的合理的措施，对于增加企业效益，提高企业竞争力都有所帮助。

关键词：高速公路；隧道；注意事项；技术

一、高速公路隧道

（一）高速公路隧道交通特点

公路隧道内空间狭窄，车流量大，隧道内外光线变化大，隧道内交通情况十分复杂。车辆在进入隧道后，亮度大幅降低，使人产生视觉上的不适应，又由于交通空间的变化，驾驶员心理也会随之变化，容易影响行车。在隧道交通中，车流密集，通风环境差，使得大量的车辆排放物不易扩散和稀释，既损害了人员健康，又降低了能见度，影响车辆行驶，容易引发交通事故。因此，建设合理和完善的隧道机电系统十分重要。

（二）隧道交通机电系统构成与技术分析

隧道交通机电系统是隧道交通的智能化管理与保障系统。主要包括供配电照明系统、通风系统、消防系统和监控管理系统等。

1、隧道供配电照明系统。供电照明系统是隧道交通机电系统中的重要组成部分，它必须保证24小时不停地供电与照明。因此设计建设中，为了保障供电系统的可靠，通常要得到负荷情况，合理设置及管理供配电点的相关数据。隧道供电一般选择接入10kV地方电网旁边。

2、隧道通风系统。通风系统由环境检测设施、本地区域控制器、风机控制柜等组成。由于隧道内通风不佳，汽车行驶时扬起的沙尘、排放的尾气等沉积，对人的身体不利，还影响驾驶员的视线，所以设置通风系统是必不可少的。公路隧道纵向通风系统射流风，如图1所示：

3、隧道消防系统。在而今的隧道事故中最多的要属火灾。隧道内火灾引起原因较多，车辆引擎或车上货物着火、车与车相撞、危险品运输事故都可以引起火灾。由于隧道内环境封闭，火灾一旦发生，就会造成严重后果。因此，设置隧道消防系统非常重要。隧道消防系统包括：一整套火灾检测监视系统；一套有效的报警通信系统；一套高效灭火设施和应急排烟方案；长隧道还应设计好应急出口和行车横洞。在隧道的施工中要设置贯穿隧道的消防给水总管。并且按一定间隔设置消防与通风设备，保证消防管道与隧道内消防设施的可靠连接，以保证消防安全。

4、隧道监控管理系统。在高速公路中，全线交通监控是隧道监控的重点。隧道监控系统包括有交通监控，交通监视与交通控制系统。交通监控主要检测通过环形线圈、微波检测器等设备的车流、车速、占有率、车间距等。由于隧道交通的特殊性，还要安装红外、超声、微波车辆超高监测器，检测车辆高度。而交通监视通过录像设备、外场摄像机、控制中心显示设备、控制设备等监视隧道交通情况。交通控制子系统包括车道控制器、可变限速标志、交通信号灯、紧急广播和可变情报板等设备。

轨道交通建设远程监控管理系统，如图2所示：

二、机电安装技术的创新的重要性

我国正处于现代化建设时期，经济飞速发展，但是也正是这种发展使得各种矛盾的出现，其中道路问题也在这个时候体现出来，正是基于技术创新和机电安装项目技术创新的理念，介绍项目技术创新的一般程序、工作方法和规章制度等，重点阐述了如何抓好项目技术创新的要求，包括高度重视技术创新工作、以科学的态度对待技术创新以及调动技术人员的积极性、充分发挥专业技术人员的作用。

三、机电安装技术要点与创新

（一）照明设计

隧道照明是为了保证隧道内交通顺畅而设置的功能性照明，其照明的目的是为了给驾驶员在隧道行驶过程中提供一个安全、舒适的视觉环境，保障交通运行，提高运输效率。由于隧道是一个半封闭空间，隧道在行车视觉特性上要比其他照明复杂得多，它不仅需要24h不间断照明，而且白天照明要比夜间照明更复杂。

1、人眼视觉特性。当从一个明亮的环境短时间内转到一个暗环境中时，人想要看清物体，必须要一段适应的时间，这就是暗适应，同样当人眼从一个暗环境短时间内转到一个明亮的环境中时，也需要经过一段时间才能看清亮环境中的物体，这就是明适应。

2、隧道照明设计。隧道照明可分为引入段、适应段、过渡段、中间段和出口段，人眼的视觉特性决定了各区段应不同位置上的亮度检测器的实测值设计不同的长度和亮度值。其中按照人眼适应曲线，调节隧道过渡段、出口段亮度是隧道照明设计的关键。驾驶员进入长隧道后需要一些时间将人眼调节到能适应中间段较低亮度水平，过渡段照明的目的就是过渡段亮度从最高到最低的变化逐步进行，来使得人眼及时得到调整。

实现过渡段亮度调节，有两种控制方法，一是无级调节法；二是逻辑开关法。无级调节法是由可控硅为基本控制元件的电子控制器完成无级调光的。随着洞外光强的变化，整个照明控制系统会处在动态平衡状态下，从而得到合适的亮度。从理论而言，无级调光是一种很好的方法，它能得到连续性很好的光，但存在如下弱点：线路复杂，调试困难；故障率高、维修保养不便；洞内亮度检器需要量大，工程量大，增加投资；最适合无级调光系统的执行元件是白炽灯，但是白炽灯光线不好，寿命短。因此，目前的隧道照明工程很少采用无级调光。而选择光线较好的照明灯具，利用灯具的不同排列组合和现场控制器提供的数字信号对照明灯进行逻辑控制，使其产生阶跃式的亮度调节，这就是逻辑开关法。由于控制程序和线路设计简单，灯具选择灵活，维修保养容易，目前的隧道照明大都采取这种方法。

3、应急照明的设置有以下几种方案。

第一，利用基本照明灯作为应急的方案和单独设置应急灯的方案。这两种方案都可以满足要求，由于大部分隧道采用高压钠灯照明，而高压钠灯（包括其他气体放电灯）断电后再起动时间较长（5-8min），很难作为应急照明灯。现在国内外在采用高压钠灯作为照明光源在隧道中的常规做法是单独设置应急灯，这样会造成重复投资，并且影响美观。因此采用的是利用基本照明灯作为应急照明的方案。平时应急照明作为基本照明的一部分，当基本照明出现故障后应急照明灯继续工作，以保证隧道内行车安全。

第二，从应急电源选用上有集中设置应急电源和分散应急电源方案。分散应急电源一般应用于规模较小的建筑中，而在大型建筑中由于应急灯具数量较多，考虑到维护和投资方面的因素，一般采用集中应急电源装置。

（二）供配电问题

在很长的隧道中，隧道的正常使用由照明、监控、通风、消防等设施决定，他们缺一不可。而作为隧道附属设施的供配电系统，正是这所有设施的基础，关系着隧道内所有设备的运行，对整个隧道正常使用起着至关重要的作用。中铁十一局集团电务工程有限公司承建的邵怀高速雪峰山隧道机电工程，是整个邵怀高速公路中的重点工程。其中供配电系统采用四路外线电源，分别从两端洞口引双路电源，组成环网。这样能保证在外线3路电源同时停电的情况下，仍然能保证隧道内基本的应急照明和其他一类负荷的正常使用。

在整个供配电施工的初期，第一个是土建方，供配电系统的施工界面不成熟，尚不具备具体的实施条件。在这个阶段首要任务就是要配合土建单位的管线预埋，以及对已经预埋的管线进行疏通处理，这部分工作看似简单，但是实施起来却很复杂，并且也是相当重要的。在机电进场的初期，隧道内土建方的施工仍在持续进行，很多机电需要使用的管线都没有进行埋设。我们进场后就需要对这些界面进行仔细调查，积极和土建方进行协调，配合土建的施工。我们采取了每天巡查施工现场的方法，查看土建的施工内容是否涉及到机电的界面，对正在预埋的管线进行指导配合作业，以达到供配电后期正常使用的目的。而且要及时发现已经预埋的管线存在那些不合适的地方，积极沟通，并予以纠正。并要求土建对埋设的管线采取一定的保护措施，如用塑料袋或棉布堵住管口以防杂物进入管道导致永久堵塞，标识管口位置防止遗忘等。

（三）通风系统

1、有害气体的排放量。《公路隧道设计规范》”条文说明”中给出的CO排放量是当时国产汽车的CO排放量，使用时应考虑到有害气体的年递减因素，否则计算的新风量可能偏大很多．近几十年以来，由于汽车工业技术以及燃料品质的改进和提高，CO排放量递减很快。以国产东风牌中货车为例：车速60kin／h，中等负荷时CO的排放量1987年约为4.2m／h．hv，1995年约为0．9m／h．hv，下降幅度之大引人注目。解决的方法一般有两种：一是考虑CO排放量的年递减因素；二是按照隧道通车后十年的预测交通量进行计算．通常第一种方法更为常用。

2、隧道洞口的废气扩散和回流。由于纵向通风的特点，在隧道通风的出口形成较高浓度的有害气体，对隧道洞口周围的环境可能会造成一定的影响．因此，当隧道洞口位于居民区或自然风景保护区等地区时，应采取设置竖井对有害气体进行高排等措施使之满足国家卫生标准．在双洞单向行驶时隧道的出口和入口，可能会产生排出废气的回流问题．根据PIALC的有关资料，废气的回流率最高可达60%，因此必须引起设计人员的十分重视。对于可能排出废气回流的双洞隧道，在隧道之间建一隔墙，可以有效减少废气的回流量。

3、自然风的影响在通常情况下，隧道自然风的自然反风计算是按照2．5m／s进行计算的。但是在实际工作中发现，如果自然风作为阻力，对于常年受季风影响严重的隧道，需要对隧道所处地区的风速、风向及频率具体分析，否则可能形成有害气体难以排出的情况。

四、机电安装技术的创新

逻辑开关法，是目前的隧道照明工程最常用的方法，无级调光已经基本被淘汰，由于逻辑开关法控制程序和线路设计简单，灯具选择灵活，维修保养容易，因此逻辑开关法被大部分国家采用。它能按照人眼适应曲线，合理调节隧道过渡段、出口段亮度。使得过渡段亮度逐渐变化，从而人眼及时能够得到调整。为了满足洞内通风量的要求，保证施工作业正常进行，采用吊顶压入式巷道通风代替了常规的风筒压入式通风技术，即用彩钢板将隧道斜井分为进风道和排风道，进而通过一系列辅助手段实现通风。实践证明，采用新的通风技术完全能够满足洞内通风需求。而原来在每个隧道斜井口必须设置的通风机则可以省去。技术创新成果可以用专利技术、技术创新专题报告、学术论文、施工技术总结、科技成果等各种形式进行总结，并在类似工程项目中推广使用，在类似工程项目中节约施工成本、加快施工进度、提高工程施工质量、保证施工安全等方面出效益。技术创新成果可以在工程项目施工过程中进行总结，也可以在工程项目竣工后进行汇总。

五、结论

我国的交通机电系统研究起步较晚，但发展十分迅速，目前已基本实现了高速公路的智能化控制与管理。但在隧道交通机电系统的设计建设中的还存在一些问题。国外已经出现的很多先进技术在我们国家还没有得到运用，这就严重制约了我国隧道交通机电系统的发展。机电安装技术运用到高速公路建设中时，一定要有强烈的事业心和责任感，仔细认真，不怕麻烦，深入现场，严格技术管理。总结出隧道施工方面注意的事项大致有照明问题、供配电问题和通风问题，从而使得今后的施工方能在施工时重点关注这三个问题，最终形成我国独特的、创新的高速公路隧道机电安装技术。

参考文献：

1、周正.隧道交通机电系统构成与技术研究[J].河南科技,2010(7).

2、沈先福.浅谈机电安装工程施工技术与质量管理[J].山西建筑,2006(6).

3、周晓琳.浅谈公路隧道机电工程[J].中国高新技术企业,2009(2).

（作者单位：中铁十一局集团电务工程有限公司）