温州甬台温高速公路隧道安全智能系统改造方案

■岳自森

温州甬台温高速公路隧道安全智能系统改造方案

■岳自森

甬台温高速公路温州段隧火灾报警系统、视频监控、道汽通门、照明灯具等存在一定故障，需要对系统进行改选。通过对故障的分析，特制定出可行性改选方案。

背景概况

浙江省甬台温高速公路温州段（简称温州段）全线共包含1个收费监控分中心，雁荡、瑞安、平阳3个隧道管理所，其中雁荡管理所辖雁荡山隧道（1350米）、雁荡南隧道（1460米）、金山隧道（430米）、杏湾山隧道（340米）共4条隧道，瑞安管理所辖三都岭隧道（1715米），平阳管理所辖外笼山隧道（1360米）、仙岩隧道（1630米）、箭岙隧道（580米）。

温州段隧道机电系统分三个阶段，在2002年至2003年期间建成，系统运行时间已逾8年，部分机电设备已经超过行业规定的使用寿命。温州段处于浙江省经济发达地区，交通运输十分繁忙，由于该路段隧道内常年车流量很大，产生的烟尘、尾气和沿海盐雾侵蚀，导致隧道内机电设施的运行环境恶劣，车流量大交警部门对于封洞进行维护批准困难，使机电设施无法及时得到有效的维护保养，较多机电设备长期带病运行，造成该路段隧道内机电设施故障频发，部分系统甚至已陷入瘫痪状态，给隧道内行车安全留下较为严重的隐患。

通过现场踏勘调研，目前亟待解决的问题主要包括：隧道内汽通门无法正常开启、关闭；火灾报警系统无法正常使用；视频监控和照明灯具损坏得不到及时更换，表面油污得不到及时清洗等。

故障情况分析

汽通门故障分析

通过对隧道现场勘察，造成汽通门故障的主要因素包含以下几个方面：

一是目前本路段隧道内所采用的卷帘门面积均超过60m2，在汽通门关闭的情况下，隧道内车辆通过时产生的气流对卷帘门的冲击极易造成门体本身的脱轨、扭曲现象；二是当汽通门处于开启状态时，门体重量全部由卷轴承重，长期开启易造成卷轴弯曲、变形；三是限位开关的失灵造成卷帘门拉放过度。

火灾报警系统故障分析

根据对火灾报警系统的报警主机、通信线路、隧道内综合盘等设施逐一排查，发现隧道内火灾报警综合盘、隧道管理所火灾报警主机的故障现象很少，造成火灾报警系统无法正常工作的主要原因是通信线路的故障，而造成通信线路故障的直接原因是雷击。

■ 图1：汽通门土建结构图

■ 图2：整改后的门体设计图

■ 图3：火灾报警信号传输示意图

由于本路段火灾报警系统建设时间较早，当时所采用的信号传输介质为电缆，而本路段各隧道所处地段均为雷击多发的山地区域，因此，室外敷设的电缆极易诱发雷击。

摄像机和灯具工作分析

主要常被车辆上飘起的篷布刮擦，造成设备的脱落。

改造方案

汽通门改造方案

根据对故障现象和现场情况的综合分析，卷帘防火门模式的汽通门很难从根本上杜绝以上现象的存在，因此，需要一种结构更为合理，抗风强度更高的产品来替代目前的汽通门。通过对现场情况的进一步分析，采用向两侧平滑开启的钢制防火门更为符合本路段的实际情况。（如图1）

由上图可看出，洞口两侧有足够的空间允许向两边开门。

汽通门洞土建高度约7m，若平移门开门高度全部覆盖整个门洞，则平移门的面积过大，一方面安装较为困难，另一方面由于门体本身的重量较大，造成电机的负荷非常大。因此，本方案设计门洞口预留5.5m的净空高度，5.5m以上部分全部采用防火材料密封。

汽通门设计为两侧平开的钢制门体，接缝处全部采用防火材料密封，门体高度5.7m，每扇门的宽度为4.2m，采用1200W交流电机驱动，采用PLC控制，可远程开启或关闭，断电时也可人工开关。（如图2）

火灾检测与报警子系统改造方案

隧道内火灾报警系统是一种安全预警系统，担负着在发生火灾隐患时第一时间报警通知的功能，从而保证在隧道内避免发生严重的安全事故，其与业主方的安全责任紧密相关，其作用非常重要。目前省内新建的高速公路大都采用了火焰探测与光纤感温双预警系统，利用两个系统不同的报警特点，提高对各类火灾发生时的报警能力。因此，本设计方案参考省内部分新建项目火灾报警系统的配置模式，一方面对原双波长火焰探测器系统进行升级改造，另一方面在每个隧道中增加一套光纤光栅火灾报警系统，从而整体上提高隧道内火灾综合报警能力。

原火焰探测器系统的改造升级

目前本路段各隧道所采用的能美R21型报警主机采用电缆传输，尤其是隧道洞口至隧道管理所中控室这一段非常容易受雷击影响，因R21型主机型号不支持光纤传输，因此，需要将该主机替换为新型的R23型主机，该主机采用了光纤联网的方式。根据前期调研，隧道内火灾报警综合盘本身发生故障的情况较少，该综合盘在省内的应用也比较成功，因此火灾探测器及手动报警按钮等均予以保留，只将综合盘的通讯模块更换为R23型主机配套模块，同时，考虑到隧道内的环境较为恶劣，原有的综合盘箱体部分已腐烂，因此本方案设计将综合盘箱体更换为不锈钢箱体。

设置光纤光栅火灾报警系统

光纤光栅传感技术是近几年发展起来的新一代传感技术，它采用对波长信号的数字式测量方法，具有极高的测量精度和抗干扰能力，而且监测距离长、响应时间快，布点灵活，已应用于许多领域的安全监测。

其光纤光栅作为温度敏感元件，对波长信号进行数字式测量；采用先进的可调法布里－珀罗腔滤波技术进行波长检测。当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常，它会发送报警信号给火灾报警控制器，火灾报警控制器再发出采取措施的信号。（如图3）

其主要由以下部分组成，各部分的主要作用分述如下。

光纤光栅探测器

光纤光栅探测器是系统的温度敏感元件，由连接光缆和探头组成，探头采用光纤光栅为测量单元，多个检测探头之间相互串接，形成线型结构。其主要作用为：检测现场环境温度，实时传递火灾报警信息给信号处理器，在隧道现场，光纤光栅探测器悬吊敷设于隧道顶部。

传输光缆及光缆接续盒传输光缆将隧道控制室内信号处理器和隧道内光纤光栅探测器连接在一起，用来传输光信号。光缆接续盒用来保护光纤接头的熔合点和光纤连接法兰，使之能在恶劣环境下正常工作。

信号处理器：

信号处理器的主要作用为：（1）给现场检测光栅提供光源；（2）对检测光栅返回的光信号进行调制解调；（3）输出报警信号；（4）输出温度信息；（5）处理器各光通道连接光纤光栅探测器，分别监测各报警分区，其编码与隧道的位置坐标相对应。

火灾报警控制器

火灾报警控制器接收来自光纤光栅感温火灾探测信号处理器和该隧道段的手动火灾报警按钮的信号，通过通讯口（RS232）将信号传送至控制中心计算机，计算机可显示可视化报警界面，经人工确认后，输出报警和其它控制信号。

本系统利用升级更换后的能美R23型火灾报警控制器，无需新增设备。

手动报警按钮

手动报警按钮用于现场人员发现火警后向火灾报警控制器发送报警信号，当人工确认发生火灾后，按下此钮，即可向火灾报警控制器发送报警信号；控制器接受到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置并发出警报。本系统利用隧道内原综合盘上的手报按钮，无需新增设备。

增加电源和信号防雷器在隧道外的配电房电源输出和隧道内的电源控制输入端，根据机电设

备防雷要求采取防雷措施，安装2级和3级电源防雷器。电缆控制信号线安装信号防雷器。

摄像机与照明灯具维护

对于摄像机和照明灯具处理方法，主要是对刮擦损坏的设备进行封洞更换；对摄像机和照明灯具的油污在封洞时组织人力清洗。

预计改造效果

通过以上改造，将解决汽通门故障率很高的情况，汽通门平时处于关闭状态，在紧急情况发生时可保证正常开启

原双波长火焰探测系统完全恢复功能，雷击造成的故障情况将大幅减少。

增加光纤光栅火灾报警系统，利用两个系统不同的报警特点，提高对各类火灾发生时的报警能力。

增加照明灯具的光效和摄像机的清晰度。

结束语

本次改造的安全风险是指由于在通车路段的工程施工作业可能存在的安全隐患，由于本路段车流量大，绝大部分工作都是隧道洞内的高空作业，安全风险责任重大。因此，工程施工应由熟悉高速公路隧道的维护，经验丰富的机电工程专业施工队伍负。在施工过程中要加强安全生产设施投入，通过加强与交管部门的沟通协调，进一步提高综合安全生产能力。

本项目大多数产品、技术都在国内的高速公路中有非常成熟的应用，在对机电系统局部改造过程中考虑使用较为成熟的新产品、新技术，提高隧道机电设备的先进性。

由于本项目各系统的施工均需封道进行，因此，管理部门可以结合隧道路面养护与机电养护统一安排，做好各工种之间的衔接，合理安排施工工艺、技术，确保隧道机电系统养护质量。

通过对温州段隧道机电系统改造，可以总结出在车流量大的隧道进行维护的流程，科学的设计和维护，确保隧道机电设备维护质量，提高设备的运行完好率。