城市隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)分析與技術(shù)探討

吳遠(yuǎn)志，張國(guó)權(quán)

（1.中佑勘察設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 132000；2.中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司華南設(shè)計(jì)院，廣東 廣州510630）

0 引 言

廣州某新建道路工程，為滿足交通通行能力，需對(duì)交叉路口采用立交型式。通過(guò)綜合方案比選，采用地面平面交叉，地下直行交通采用隧道穿越交叉口，隧道內(nèi)均低于周邊地塊的標(biāo)高，隧道內(nèi)的排水采用泵房收水，并根據(jù)50 a 的重現(xiàn)期進(jìn)行計(jì)算雨量，加設(shè)三臺(tái)抽水泵，“兩用一備”。近年來(lái)廣州暴雨天氣頻發(fā)，隧道內(nèi)遭遇水淹的情況較為普遍，相關(guān)管理部門(mén)提出，為了保證在暴雨天氣隧道內(nèi)的安全，需進(jìn)行隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)研究，并提出可實(shí)施方案。通過(guò)與智能交通和應(yīng)急部門(mén)多次進(jìn)行相關(guān)的方案研討、比選分析，提出隧道內(nèi)采用感應(yīng)裝置，隧道兩端設(shè)置自動(dòng)閘門(mén)和交通提示燈，由隧道內(nèi)的感應(yīng)系統(tǒng)反饋至地面交通系統(tǒng)，自行落閘并亮紅燈，禁止通行隧道。本應(yīng)急系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和管理汛情信息，給防汛指揮調(diào)度的信息和模型提供相關(guān)的決策分析支持，保證城市防汛指揮調(diào)度工作的有效性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同類建設(shè)條件下，可操作性、可實(shí)施性強(qiáng)，可為同類工程的防汛應(yīng)急部署提供經(jīng)驗(yàn)[1]。

1 隧道排水設(shè)計(jì)

本隧道自西向東長(zhǎng)約440 m，其中閉口段約135.15 m，U 型槽約114 m，擋土墻段約190.85 m。隧道排水無(wú)法采用重力流，需新建一座雨水泵房，強(qiáng)排因降雨隧道內(nèi)產(chǎn)生雨水。雨水通過(guò)泵站提升后，通過(guò)消能井排至雨水管道，隧道泵房匯水面積約為1.20 hm2。根據(jù)單一重現(xiàn)期暴雨強(qiáng)度公式：

q= 3 623.35/（t+6.274）0.598（重現(xiàn)期P=50 a）

隧道雨水泵房雨水設(shè)計(jì)流量為677 L/s（50 a 一遇），設(shè)計(jì)揚(yáng)程取10 m，泵站安裝3 臺(tái)水泵，其中兩臺(tái)使用、一臺(tái)備用。選取潛水泵的設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量Q=1 200 m3/h；揚(yáng)程H=18 m；功率N=90 kW。

2 隧道防汛應(yīng)急設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)設(shè)置后臺(tái)控制中心和無(wú)線通信模塊，可以將隧道內(nèi)部水位情況，以及聲光報(bào)警器、門(mén)閘、排水泵體組件等的實(shí)時(shí)工作情況信息收集，遇到突發(fā)情況可以啟動(dòng)應(yīng)急措施，并第一時(shí)間趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救援。當(dāng)水位超過(guò)第一、第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動(dòng)，同時(shí)用聲光報(bào)警器向駕駛員發(fā)出隧道禁止通行的警示。當(dāng)水位超過(guò)第三水位傳感器，控制器控制常用泵體和備用泵體啟動(dòng)，同時(shí)用聲光報(bào)警器向駕駛員發(fā)出隧道禁止通行的警示，而且啟動(dòng)門(mén)閘來(lái)攔截車(chē)輛，以避免車(chē)輛強(qiáng)行沖入隧道而導(dǎo)致乘員出現(xiàn)人身安全危險(xiǎn)。

聲光報(bào)警器包括用于發(fā)出聲光警示信號(hào)的聲光警示器和用于顯示告知駕駛員隧道禁止通行的文字內(nèi)容的警示顯示屏。

安裝在隧道路面上方的攝像頭，輸出端與控制器電性連接，且控制器能夠?qū)z像頭拍攝的畫(huà)面通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)胶笈_(tái)控制中心。

隧道路面上方的對(duì)講設(shè)備與控制器電性連接，且控制器能夠?qū)?duì)講設(shè)備收集到的語(yǔ)音信息通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)胶笈_(tái)控制中心。

3 隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)原理

安全防控系統(tǒng)包括后臺(tái)控制中心、無(wú)線通信模塊、電源設(shè)備、控制器、水位監(jiān)測(cè)裝置、聲光報(bào)警器和門(mén)閘、排水泵體組件等[3-4]。

水位監(jiān)測(cè)裝置固定在隧道閉口段內(nèi)，聲光報(bào)警器和門(mén)閘設(shè)置在進(jìn)入隧道之前的兩端隔離帶，排水泵體組件與隧道排水渠道連通。控制器分別與水位監(jiān)測(cè)裝置、聲光報(bào)警器、門(mén)閘、排水泵體組件信號(hào)連接，電源設(shè)備與控制器電性連接，且控制器通過(guò)無(wú)線通信模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)控制中心。

水位監(jiān)測(cè)裝置包括安裝在隧道閉口段內(nèi)的安裝桿。安裝桿從下到上依次為第一水位傳感器、第二水位傳感器、第三水位傳感器，且均與處理系統(tǒng)相連接，用于監(jiān)測(cè)水位，第一水位傳感器離地面的高度為10 cm，第二水位傳感器離地面的高度為25 cm，第三水位傳感器離地面的高度為30 cm。

安裝桿為中空結(jié)構(gòu)，且安裝桿底部設(shè)置有與安裝桿內(nèi)部連通的測(cè)水孔。其中，水位監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置了實(shí)時(shí)液位檢測(cè)模塊，以及放置于安裝桿內(nèi)部且可隨水位變化沿安裝桿軸向上下移動(dòng)的浮動(dòng)標(biāo)簽，在安裝桿頂端設(shè)置標(biāo)簽信號(hào)接收器。浮動(dòng)標(biāo)簽發(fā)送無(wú)線脈沖給標(biāo)簽信號(hào)接收器，標(biāo)簽信號(hào)接收器根據(jù)接收到的信息，分析計(jì)算出所述浮動(dòng)標(biāo)簽所在的水位，并將該水位信息發(fā)送給控制器。

排水泵體組件包括常用泵體和備用泵體。當(dāng)水位超過(guò)第一水位傳感器或第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動(dòng)。當(dāng)水位超過(guò)第三水位傳感器，則控制器控制常用泵體和備用泵體啟動(dòng)。

4 下穿式隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)以下沉式隧道為單位，一個(gè)隧道即一個(gè)完整的監(jiān)控告警系統(tǒng)，具有水位監(jiān)測(cè)單元、提示告警單元、攔截單元、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制單元等，可獨(dú)立運(yùn)行。隧道監(jiān)控告警系統(tǒng)接受上級(jí)監(jiān)控中心（運(yùn)營(yíng)管理中心）隧道防汛應(yīng)急平臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)控管理[2]。

在雨水泵房對(duì)側(cè)設(shè)置一套防汛應(yīng)急系統(tǒng)配電控制箱，箱內(nèi)設(shè)置一套交通邊緣服務(wù)器，作為防汛系統(tǒng)的控制單元，包括信息采集、處理、計(jì)算、控制等。隧道兩端的入口前各建設(shè)一根多功能燈桿，作為提示告警單元掛載的物理載體，包括視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、應(yīng)急廣播、隧道指示燈。隧道東西入口限高架架頂上設(shè)置信息顯示屏，并提前在適當(dāng)位置各增加一對(duì)信息顯示屏。隧道內(nèi)部署電子水尺、超聲波液位傳感器和視頻監(jiān)控，監(jiān)控隧道水浸情況。系統(tǒng)設(shè)置上傳接口，可傳輸至遠(yuǎn)程管理中心，進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)管理。

防汛系統(tǒng)拓?fù)鋱D和設(shè)備圖，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 防汛系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 防汛系統(tǒng)設(shè)備圖

5 應(yīng)用探討

本下穿式隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)工程，依托信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云應(yīng)用、GIS 信息技術(shù)和公共安全科技，進(jìn)行全方位、立體化、一體化的頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，構(gòu)筑應(yīng)急管理信息化體系結(jié)構(gòu)[5-6]。

當(dāng)水位超過(guò)第一水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動(dòng)，作為第一道防線。當(dāng)水位超過(guò)第二水位傳感器，其控制器控制常用泵體啟動(dòng)，同時(shí)用聲光報(bào)警器向駕駛員發(fā)出隧道禁止通行的警示，以避免車(chē)輛進(jìn)入隧道后積水繼續(xù)加深而可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，作為第二道防線。當(dāng)水位超過(guò)第三水位傳感器，則控制器控制常用泵體和備用泵體啟動(dòng)，同時(shí)用聲光報(bào)警器向駕駛員發(fā)出隧道禁止通行的警示，而且啟動(dòng)門(mén)閘來(lái)攔截車(chē)輛，以避免車(chē)輛強(qiáng)行沖入隧道而導(dǎo)致乘員出現(xiàn)人身安全危險(xiǎn)，作為第三道防線。因此，本系統(tǒng)為隧道的內(nèi)澇安全風(fēng)險(xiǎn)提供了三道防線，有效地保障了途經(jīng)隧道的車(chē)輛乘員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

6 結(jié) 語(yǔ)

目前，本工程已進(jìn)入實(shí)施階段，隧道防洪防汛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和管理汛情信息，給防汛指揮調(diào)度的信息和模型提供相關(guān)的決策分析支持，保證城市防汛指揮調(diào)度工作的有效性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同類建設(shè)條件下，可操作性、可實(shí)施性強(qiáng)，可為同類工程的防汛應(yīng)急部署提供經(jīng)驗(yàn)。