高速公路隧道消防管道智能檢測(cè)系統(tǒng)施工工法探究

陳翔

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著國(guó)家大力發(fā)展智慧公路建設(shè)，車路協(xié)同對(duì)路端智慧化程度要求與日俱增，路端基礎(chǔ)設(shè)施的安全穩(wěn)定成為其中的重中之重。目前，公路隧道尚無(wú)消防系統(tǒng)管道滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，查找滲漏點(diǎn)時(shí)必須將電纜溝管道蓋板全部掀開，并剝除整段管道保溫層逐一排查；消防管道防凍主要采用電伴熱系統(tǒng)，一旦電伴熱系統(tǒng)出現(xiàn)異常，隧道管理站將無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

山西監(jiān)理咨詢公司研制出一套隧道消防管道防漏防凍安全預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置在消防管道保溫層內(nèi)的“傳感器—檢測(cè)分站—檢測(cè)主站”設(shè)備和系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)消防管道滲漏和溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警。但在實(shí)際施工時(shí)，檢測(cè)傳感器布設(shè)必須剝除該段保溫層，然后將傳感器固定在檢測(cè)點(diǎn)管道外側(cè)底部，而在修復(fù)保溫層時(shí)極易造成傳感器位移，偏離檢測(cè)點(diǎn)，影響檢測(cè)精度與靈敏度，最終影響遠(yuǎn)程檢測(cè)、智能檢測(cè)和安全預(yù)警。

同時(shí)，無(wú)法從包裹保溫層的消防管道外觀直接找到檢測(cè)接口位置，只能依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，查找可能存在接口的區(qū)域剝除保溫層，費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)力，且容易漏掉檢測(cè)點(diǎn)。而剝下的保溫層容易污染環(huán)境，增加隧道交通安全隱患。此外，檢測(cè)分站和主站在隧道內(nèi)接線繁瑣，施工耗時(shí)長(zhǎng)，特別是對(duì)已通車隧道占路施工時(shí)間較長(zhǎng)，影響隧道正常使用；隧道內(nèi)接線工作條件較差，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器較為簡(jiǎn)單，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，排查、解決問(wèn)題較為困難，易影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。因此，亟需一種隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)設(shè)備施工方法。

為此，山西監(jiān)理咨詢公司整理總結(jié)多年來(lái)公路交通機(jī)電施工監(jiān)理的經(jīng)驗(yàn)方法，利用獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)損檢測(cè)裝置和傳感器植入器，形成了一套隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)設(shè)備施工工法。

1 工藝原理與工藝流程研究

1.1 智能檢測(cè)設(shè)備管理結(jié)構(gòu)及傳感器工藝原理簡(jiǎn)述

隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)設(shè)備采用了傳感器加分站、主站、隧道管理上位機(jī)的三級(jí)管理結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

圖1 隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

通過(guò)分站采集所屬傳感器的濕度、溫度、漏水電介質(zhì)指標(biāo)參數(shù)，在接受主站信息采集命令后，將采集的濕度、溫度、漏水電介質(zhì)指標(biāo)參數(shù)信息上傳到主站。之后，主站響應(yīng)隧道管理站下發(fā)的信息采集指令，將分站采集的所屬傳感器濕度、溫度、漏水電介質(zhì)指標(biāo)參數(shù)信息上傳到隧道管理站防漏防凍監(jiān)測(cè)服務(wù)器上。管理人員在隧道管理站的上位機(jī)利用隧道“消防管道防漏防凍遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)安全預(yù)警系統(tǒng)”軟件便可直觀、方便地得到隧道消防管道滲漏水及防凍預(yù)警報(bào)警信息情況。

山西監(jiān)理咨詢公司研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的溫濕度漏水一體化綜合檢測(cè)傳感器，利用高度集成化的技術(shù)方案，將溫度、濕度和漏水檢測(cè)集成為一個(gè)智能的檢測(cè)傳感器，填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域空白。

1.2 傳感器分站組預(yù)連接和預(yù)調(diào)試

該施工工法將數(shù)個(gè)連接檢測(cè)傳感器的檢測(cè)分站視為一個(gè)傳感器分站組，再將復(fù)雜的隧道接線作業(yè)轉(zhuǎn)化為室內(nèi)預(yù)接線、預(yù)調(diào)試作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)僅須將成組的傳感器植入，并用綁帶或鋁箔膠帶固定檢測(cè)分站，各組之間及與主站間簡(jiǎn)單接線即可。且室內(nèi)作業(yè)時(shí)，各種工具及檢測(cè)設(shè)備齊全、接線快、故障查找與排除準(zhǔn)確，最大限度地減少了隧道工況下的施工作業(yè)環(huán)節(jié)，極大地提升了施工效率，有效保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

1.3 傳感器植入工藝原理

現(xiàn)有的傳感器布設(shè)方式，存在無(wú)法保證傳感器位于管道接口下部檢測(cè)點(diǎn)的隱患，且對(duì)保溫層破壞嚴(yán)重。山西監(jiān)理咨詢公司研發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的消防管道傳感器植入工具，該工具為中空植入桿，前部為刀刃狀敞口結(jié)構(gòu)，使用前將傳感器放入植入桿中，手持植入工具對(duì)已確定的接口處、支管處和閘門處保溫層實(shí)施穿刺式植入。

1.4 工藝流程

工藝流程，如圖2所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)及工藝

2.1 施工工藝簡(jiǎn)述

該系統(tǒng)在施工準(zhǔn)備階段應(yīng)檢測(cè)確認(rèn)需要使用的傳感器、檢測(cè)分站、檢測(cè)主站的技術(shù)指標(biāo)，之后在室內(nèi)完成傳感器分站組的預(yù)連接與預(yù)調(diào)試，并運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。使用接口無(wú)損檢測(cè)工具，檢測(cè)標(biāo)記出管道接口，現(xiàn)場(chǎng)展開已連接調(diào)試完畢的傳感器分站組，用傳感器植入工具將傳感器安裝在管道接口下方，使用鋁箔膠帶或綁帶將檢測(cè)分站及連接線固定在消防管道上，連接傳感器分站組、主站、電源，并將主站接入隧道原有通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采集信息上傳至隧道管理站上位機(jī)。最后將“消防管道防漏防凍遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)安全預(yù)警系統(tǒng)”軟件安裝在隧管站上位機(jī)上，軟件試運(yùn)行后交工驗(yàn)收。

圖2 隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)系統(tǒng)施工工藝流程圖

2.2 傳感器分站組預(yù)連接與預(yù)調(diào)試

將施工準(zhǔn)備階段檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)合格的傳感器與分站在室內(nèi)完成接線，并將檢測(cè)傳感器ID對(duì)應(yīng)編碼，注意編碼準(zhǔn)確，做好相關(guān)記錄，便于后續(xù)與隧道樁號(hào)對(duì)應(yīng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。

在室內(nèi)利用先進(jìn)、便利的電動(dòng)工具，將檢測(cè)分站按現(xiàn)場(chǎng)接線長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)（隧道消防標(biāo)準(zhǔn)管件長(zhǎng)度6m，預(yù)留0.2m作為備用）預(yù)連接全隧道，將隧道接線轉(zhuǎn)化為室內(nèi)接線作業(yè)，減少現(xiàn)場(chǎng)大量接線作業(yè)，提高隧道內(nèi)施工效率。

預(yù)連接完成后，開展預(yù)調(diào)試、通電和老化試驗(yàn)，及時(shí)排查和消除設(shè)備故障，保證系統(tǒng)在施工時(shí)更加穩(wěn)定可靠。為了便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工，將預(yù)連接好的傳感器分站組拆成幾節(jié)。

2.3 傳感器植入

將各段傳感器分站組運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)展開，按已選定的檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)植入傳感器，并保證植入工具插到底，使傳感器準(zhǔn)確布設(shè)在管道接口處、支管處、閘門處的底部檢測(cè)點(diǎn)。到位后應(yīng)先穩(wěn)定傳感器線纜，然后將植入工具輕輕抽出，完成傳感器植入，注意不要將傳感器帶出或移動(dòng)。

2.4 傳感器分站組、主站電氣連接

傳感器植入后，用綁帶或鋁箔膠帶將各分站在管道上固定穩(wěn)牢。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝時(shí)如遇到支管、閥門檢測(cè)點(diǎn)（數(shù)量遠(yuǎn)少于管道接口）時(shí)，則將該檢測(cè)點(diǎn)分站兩側(cè)線纜有序盤起，適當(dāng)調(diào)整。線纜過(guò)長(zhǎng)不好盤起時(shí)可直接截?cái)鄬⒏鞫蝹鞲衅鞣终窘M重新連接，并安裝PLC控制箱內(nèi)主站，之后與隧道原有通訊設(shè)備做好連接。

3 實(shí)施效果

隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)設(shè)備自2016年開始在多條隧道點(diǎn)狀實(shí)驗(yàn)，并在過(guò)程中結(jié)合實(shí)際情況不斷優(yōu)化，到2018年底已達(dá)到理想的施工效率與預(yù)警監(jiān)測(cè)效果。2017年，首次在榆和高速公路云山隧道上進(jìn)行全系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控隧道內(nèi)消防管道所處的內(nèi)外部溫濕度環(huán)境，及時(shí)準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，指導(dǎo)檢修施工，極大地縮短了工期，智能檢測(cè)與安全預(yù)警也初顯成效。但也存在檢測(cè)點(diǎn)選取困難，現(xiàn)場(chǎng)接線作業(yè)量大，施工周期長(zhǎng)，效率較低的問(wèn)題。隨后山西監(jiān)理咨詢公司分析總結(jié)后，利用分組預(yù)連接預(yù)調(diào)試方式，研發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的消防管道保溫層內(nèi)接口無(wú)損檢測(cè)定位裝置和傳感器快速植入裝置，完善了本工法，極大地縮短了工期，簡(jiǎn)化了施工程序。之后本工法應(yīng)用于長(zhǎng)平高速虹梯關(guān)隧道、長(zhǎng)臨高速良馬1號(hào)隧道、黃花嶺隧道、盤秀山隧道等項(xiàng)目均取得了更為理想的施工效果，施工技術(shù)逐步完善成熟。

工法利用傳感器分站組的預(yù)連接與預(yù)調(diào)試方式，在室內(nèi)按現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)完成大量復(fù)雜接線及試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)使用接口無(wú)損檢測(cè)工具檢測(cè)標(biāo)記出管道接口，然后用傳感器植入工具將傳感器安裝在管道接口下方，使用鋁箔膠帶或綁帶將檢測(cè)分站及連接線固定在消防管道上，實(shí)施傳感器分站組與組之間、主站與兩側(cè)分站間、主站與電源的電氣連接，并將主站接入隧道原有通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采集信息上傳至隧道管理站上位機(jī)。最后將“消防管道防漏防凍遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)安全預(yù)警系統(tǒng)”軟件安裝在隧管站上位機(jī)上，實(shí)現(xiàn)隧道消防管道防漏防凍智能檢測(cè)與安全預(yù)警功能。

經(jīng)施工人、機(jī)、料計(jì)算，原有的設(shè)備安裝方式，以4人為一個(gè)班組，完成檢測(cè)點(diǎn)查找、保溫層剝除、傳感器布設(shè)、保溫層修復(fù)、線路連接等工藝，每天僅可完成傳感器安裝及分站接線20個(gè)，當(dāng)管道接口查找困難時(shí)，施工效率還會(huì)降低，容易因人為判斷失誤產(chǎn)生漏檢點(diǎn)，且隧道施工環(huán)境下對(duì)各設(shè)備間接線、系統(tǒng)檢測(cè)較為困難。此外，需要額外的保溫層修補(bǔ)材料，并在沿線產(chǎn)生保溫層廢料，施工結(jié)束后需派專人專車清理清運(yùn)；而利用本施工方法，兩人一組每天可完成200個(gè)傳感器安裝及分站電氣連接，效率提高20倍。系統(tǒng)設(shè)備一次接線成功率由80%提升至99%，節(jié)省了大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和返工成本。施工中管道接口檢測(cè)選點(diǎn)快速準(zhǔn)確，1人1天可完成管道接口檢測(cè)選點(diǎn)24km（4000個(gè)管道接口檢測(cè)點(diǎn)）以上，選點(diǎn)效率提升巨大。利用工具植入傳感器，無(wú)須額外的修補(bǔ)材料，也不產(chǎn)生其他廢料，節(jié)約人工、材料成本，提高施工效率，方便快捷，安全環(huán)保。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，極具推廣前景和廣泛的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用本工法所述分組預(yù)連接預(yù)調(diào)試、無(wú)損檢測(cè)選點(diǎn)和傳感器植入工藝，有效避免了傳統(tǒng)方法帶來(lái)的重復(fù)勞動(dòng)、路面污染、阻斷交通和存在安全隱患的社會(huì)問(wèn)題，保障了系統(tǒng)在防滲漏和防凍過(guò)程中起到的引導(dǎo)作用，具有良好的行業(yè)技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)作用，取得了良好的社會(huì)效益。