高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計新思維

李浩飛+魚躍波+左佳

摘 要：該文基于筆者從事機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計施工的相關(guān)工作經(jīng)驗，以高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計為研究對象，探討了在保證行車安全、節(jié)約能源的理念下，隧道機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新性優(yōu)化設(shè)計的思路，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：高速公路 機(jī)電系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計 創(chuàng)新

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0076-02

近年來，我國高速公路數(shù)量不斷增多，而隧道通風(fēng)、照明、消防、供配電等機(jī)電設(shè)施的合理設(shè)置直接影響著隧道運營安全與節(jié)能。目前，各類規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與工程實際需求不相適應(yīng)，對各種理念、新型節(jié)能技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用產(chǎn)生了影響，使得公路隧道機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)了利用率低、能耗高等問題。因此，我們需要對高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，以建立節(jié)能、環(huán)保、高效、安全的隧道運營環(huán)境，獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。該文以某高速公路為例，就高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計進(jìn)行了探討。

1 高速公路隧道空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計

影響隧道通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)模的因素主要包括通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)、交通量、汽車尾氣排放量等參數(shù)選取，以及通風(fēng)方式、系統(tǒng)布置等。

對于長度小于5 km的高速公路隧道，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)方式；對于特長隧道，應(yīng)采用全射流縱向式通風(fēng)方式。因此，對于通風(fēng)系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計重點在于通風(fēng)計算參數(shù)的選取。如圖1所示。

1.1 隧道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

在正常及阻塞工況時，采用縱向通風(fēng)方式；火災(zāi)情況下采用縱向排煙方式，煙氣由隧道洞口排出。

根據(jù)TB 10120—2002/J 160—2002《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，對該隧道的瓦斯運營通風(fēng)做以下要求：（1）在運營中，瓦斯?jié)舛仍谌魏螘r間、任何地點都不得大于0.5%。當(dāng)隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.4%時，必須啟動風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。（2）運營期間，必須進(jìn)行瓦斯檢測。（3）該隧道所有射流風(fēng)機(jī)均采用防爆型。（4）瓦斯通風(fēng)最小風(fēng)速不得小于1.0 m/s。

1.2 通風(fēng)設(shè)備布置

在隧道車行道頂部懸掛可逆射流風(fēng)機(jī)，構(gòu)成串/并聯(lián)運行，滿足正常運營通風(fēng)、事故通風(fēng)和火災(zāi)通風(fēng)要求。該階段射流風(fēng)機(jī)安裝臺數(shù)是按滿足正常運營通風(fēng)、事故通風(fēng)和火災(zāi)通風(fēng)所需推力來配置的，經(jīng)計算火災(zāi)通風(fēng)時射流風(fēng)機(jī)所需推力最大，每條隧道需要安裝15臺（直徑1 000 mm射流風(fēng)機(jī)，30 kW，出口風(fēng)速33.2 m/s）可逆射流風(fēng)機(jī)，3臺一組，拱頂安裝，射流風(fēng)機(jī)分別布置在兩端隧道洞口，在每條隧道進(jìn)口設(shè)3組，出口設(shè)2組。

1.3 管理/設(shè)備用房通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

在隧道北端出口外設(shè)置變電所、消防泵房、監(jiān)控電源室，共一層；在隧道南端出口外設(shè)置管理樓，共一層，設(shè)有變電所、消防泵房、中央控制室、弱電設(shè)備房、弱電電源室、商用通信設(shè)備室、辦公室等。設(shè)計內(nèi)容包括：北端附屬設(shè)備用房及南端管理樓通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。

（1）管理樓弱電設(shè)備房、弱電電源室、無線通信設(shè)備室設(shè)機(jī)房專用空調(diào)系統(tǒng)，中央控制室設(shè)分體空調(diào)。其他辦公設(shè)備用房（包括門廳）根據(jù)房間類型及位置設(shè)分體空調(diào)，所有室外機(jī)均置于該建筑室外空地。機(jī)房專用空調(diào)需設(shè)置遠(yuǎn)程通訊接口、斷電重啟功能，室外機(jī)應(yīng)做接地處理。隧道北端監(jiān)控電源室設(shè)分體空調(diào)。（2）管理樓變電所、消防泵房、儲藏室等為機(jī)械排風(fēng)，自然補(bǔ)風(fēng)。隧道北端出口外設(shè)置變電所、消防泵房為機(jī)械排風(fēng)，自然補(bǔ)風(fēng)。（3）管理樓弱電設(shè)備房、弱電電源室、無線通信設(shè)備室為自動滅火房間，不設(shè)機(jī)械排煙。滅火后開啟通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行換氣。（4）其余地上房間、走廊均通過可開啟外窗進(jìn)行自然排煙。

2 高速公路隧道照明系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計

高速公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計包括確定隧道照明分段、照明指標(biāo)、光源、燈具等，各因素均影響照明系統(tǒng)規(guī)模和運營能耗。因此，設(shè)計時需合理設(shè)置照明系統(tǒng)規(guī)模，從源頭上解決系統(tǒng)規(guī)模大、初期投資高、運營能耗大的問題。

2.1 照明光源的選擇

（1）隧道照明：為營造一個舒適、美觀、安全的行車環(huán)境，考慮環(huán)保節(jié)能要求，采用光效高、發(fā)熱量小的LED燈作為基本照明，加強(qiáng)照明的主光源。（2）公路照明：路燈燈桿宜采用熱鍍鋅噴塑鋼燈桿，燈桿高度為10～12 m，光源選用LED燈。

2.2 照明方案設(shè)計

（1）隧道照明：為了消除白天進(jìn)出隧道視覺不適應(yīng)感，保證車輛行駛的安全及舒適，右隧道北側(cè)入口、左隧道南側(cè)入口照明按入口段、過渡一段、過渡二段照明要求分別設(shè)計；右隧道南側(cè)出口、左隧道北側(cè)出口照明按出口段要求設(shè)計。隧道基本段采用60 W智能型LED燈沿隧道兩側(cè)頂部對稱布置，沿隧道壁安裝；加強(qiáng)照明采用兩排160 W智能型LED燈沿隧道兩側(cè)頂部對稱布置；應(yīng)急照明采用100 W消防LED燈沿隧道兩側(cè)頂部交叉對稱布置。應(yīng)急照明燈具作為常開燈，采用沿隧道兩側(cè)頂部交叉布置。

（2）公路照明：接線公路的路燈沿機(jī)動車道+兩側(cè)綠化帶對稱布置單桿雙挑路燈，分別向機(jī)動車道兩側(cè)照射。布置間距根據(jù)道路橫斷面計算，燈桿高度12 m，燈臂1.5 m/1.5 m，配用150 W/80 W LED燈，間距≤35 m。

（3）照明燈具：隧道內(nèi)照明燈具采用具有五防（防水、防塵、防震、防腐、防護(hù)）功能的隧道燈具，防護(hù)等級不低于IP65。道路照明燈具采用配光合理、重量輕、強(qiáng)度高、外形美觀、防水防塵耐腐蝕的截光型、半截光型燈具，防護(hù)等級不低于IP65。

（4）照明控制方式：隧道基本照明控制采用前饋式智能照明控制系統(tǒng)，可手動/自動、就地/遠(yuǎn)方控制；于隧道出、入口設(shè)亮度檢測儀，根據(jù)洞外環(huán)境亮度、交通量的變化，通過隧道智能照明系統(tǒng)對洞內(nèi)照度進(jìn)行控制。

2.3 照明供電系統(tǒng)設(shè)計

（1）正常照明供電系統(tǒng)：以隧道中心里程為界，由隧道北端處10/0.4 kV變電所和隧道南端處10/0.4 kV變電所各自的雙臺變壓器低壓側(cè)兩端照明專用母線交叉供電，以確保在任一進(jìn)線電源失電瞬間，不致使隧道該區(qū)段的照明燈具全部熄滅。

（2）應(yīng)急照明供電系統(tǒng)：應(yīng)急照明由EPS裝置供電，應(yīng)能在正常外部電源全部失去時，提供不間斷的交流電源，切換時間不大于0.3 s，應(yīng)急時間為3 h。

（3）照明配線：隧道照明主干線采用金屬鎧裝交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚乙烯護(hù)套無鹵低煙阻燃銅芯電力電纜，應(yīng)急照明回路電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚乙烯護(hù)套無鹵低煙阻燃耐火銅芯電力電纜。照明回路配線采用交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚乙烯護(hù)套無鹵低煙阻燃銅芯電線，應(yīng)急照明回路為耐火型，其他各回路為阻燃型。

公路照明干線采用YJY22-1 kV型電力電纜，埋深0.8 m，采用保護(hù)管埋地敷設(shè)，穿越車道路口穿熱鍍鋅鋼套管保護(hù)，管內(nèi)線路不允許導(dǎo)線接頭。

3 結(jié)語

高速公路隧道運營安全與節(jié)能是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，創(chuàng)新的設(shè)計理念是保證行車安全、節(jié)約能源的重要技術(shù)措施。我國高速公路隧道數(shù)量眾多，隨著交通量的日益增加及技術(shù)的創(chuàng)新，在隧道機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計時，需要靈活應(yīng)用規(guī)范，對各項新技術(shù)進(jìn)行研究，以不斷完善隧道機(jī)電系統(tǒng)，實現(xiàn)公路隧道“節(jié)能化”目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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