高速公路隧道机电系统优化设计新思维

李浩飞+鱼跃波+左佳

摘 要：该文基于笔者从事机电系统设计施工的相关工作经验，以高速公路隧道机电系统设计为研究对象，探讨了在保证行车安全、节约能源的理念下，隧道机电系统创新性优化设计的思路，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：高速公路 机电系统 优化设计 创新

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0076-02

近年来，我国高速公路数量不断增多，而隧道通风、照明、消防、供配电等机电设施的合理设置直接影响着隧道运营安全与节能。目前，各类规范、标准与工程实际需求不相适应，对各种理念、新型节能技术在实际工程中的应用产生了影响，使得公路隧道机电系统出现了利用率低、能耗高等问题。因此，我们需要对高速公路隧道机电系统进行创新设计，以建立节能、环保、高效、安全的隧道运营环境，获取良好的经济效益及社会效益。该文以某高速公路为例，就高速公路隧道机电系统的创新设计进行了探讨。

1 高速公路隧道空调系统创新设计

影响隧道通风系统规模的因素主要包括通风标准、交通量、汽车尾气排放量等参数选取，以及通风方式、系统布置等。

对于长度小于5 km的高速公路隧道，应设置机械通风方式；对于特长隧道，应采用全射流纵向式通风方式。因此，对于通风系统的创新性设计重点在于通风计算参数的选取。如图1所示。

1.1 隧道通风系统优化设计

在正常及阻塞工况时，采用纵向通风方式；火灾情况下采用縱向排烟方式，烟气由隧道洞口排出。

根据TB 10120—2002/J 160—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》的相关要求，对该隧道的瓦斯运营通风做以下要求：（1）在运营中，瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得大于0.5%。当隧道内瓦斯浓度达到0.4%时，必须启动风机进行通风。（2）运营期间，必须进行瓦斯检测。（3）该隧道所有射流风机均采用防爆型。（4）瓦斯通风最小风速不得小于1.0 m/s。

1.2 通风设备布置

在隧道车行道顶部悬挂可逆射流风机，构成串/并联运行，满足正常运营通风、事故通风和火灾通风要求。该阶段射流风机安装台数是按满足正常运营通风、事故通风和火灾通风所需推力来配置的，经计算火灾通风时射流风机所需推力最大，每条隧道需要安装15台（直径1 000 mm射流风机，30 kW，出口风速33.2 m/s）可逆射流风机，3台一组，拱顶安装，射流风机分别布置在两端隧道洞口，在每条隧道进口设3组，出口设2组。

1.3 管理/设备用房通风系统优化

在隧道北端出口外设置变电所、消防泵房、监控电源室，共一层；在隧道南端出口外设置管理楼，共一层，设有变电所、消防泵房、中央控制室、弱电设备房、弱电电源室、商用通信设备室、办公室等。设计内容包括：北端附属设备用房及南端管理楼通风空调系统设计。

（1）管理楼弱电设备房、弱电电源室、无线通信设备室设机房专用空调系统，中央控制室设分体空调。其他办公设备用房（包括门厅）根据房间类型及位置设分体空调，所有室外机均置于该建筑室外空地。机房专用空调需设置远程通讯接口、断电重启功能，室外机应做接地处理。隧道北端监控电源室设分体空调。（2）管理楼变电所、消防泵房、储藏室等为机械排风，自然补风。隧道北端出口外设置变电所、消防泵房为机械排风，自然补风。（3）管理楼弱电设备房、弱电电源室、无线通信设备室为自动灭火房间，不设机械排烟。灭火后开启通风系统进行换气。（4）其余地上房间、走廊均通过可开启外窗进行自然排烟。

2 高速公路隧道照明系统创新设计

高速公路隧道照明系统设计包括确定隧道照明分段、照明指标、光源、灯具等，各因素均影响照明系统规模和运营能耗。因此，设计时需合理设置照明系统规模，从源头上解决系统规模大、初期投资高、运营能耗大的问题。

2.1 照明光源的选择

（1）隧道照明：为营造一个舒适、美观、安全的行车环境，考虑环保节能要求，采用光效高、发热量小的LED灯作为基本照明，加强照明的主光源。（2）公路照明：路灯灯杆宜采用热镀锌喷塑钢灯杆，灯杆高度为10～12 m，光源选用LED灯。

2.2 照明方案设计

（1）隧道照明：为了消除白天进出隧道视觉不适应感，保证车辆行驶的安全及舒适，右隧道北侧入口、左隧道南侧入口照明按入口段、过渡一段、过渡二段照明要求分别设计；右隧道南侧出口、左隧道北侧出口照明按出口段要求设计。隧道基本段采用60 W智能型LED灯沿隧道两侧顶部对称布置，沿隧道壁安装；加强照明采用两排160 W智能型LED灯沿隧道两侧顶部对称布置；应急照明采用100 W消防LED灯沿隧道两侧顶部交叉对称布置。应急照明灯具作为常开灯，采用沿隧道两侧顶部交叉布置。

（2）公路照明：接线公路的路灯沿机动车道+两侧绿化带对称布置单杆双挑路灯，分别向机动车道两侧照射。布置间距根据道路横断面计算，灯杆高度12 m，灯臂1.5 m/1.5 m，配用150 W/80 W LED灯，间距≤35 m。

（3）照明灯具：隧道内照明灯具采用具有五防（防水、防尘、防震、防腐、防护）功能的隧道灯具，防护等级不低于IP65。道路照明灯具采用配光合理、重量轻、强度高、外形美观、防水防尘耐腐蚀的截光型、半截光型灯具，防护等级不低于IP65。

（4）照明控制方式：隧道基本照明控制采用前馈式智能照明控制系统，可手动/自动、就地/远方控制；于隧道出、入口设亮度检测仪，根据洞外环境亮度、交通量的变化，通过隧道智能照明系统对洞内照度进行控制。

2.3 照明供电系统设计

（1）正常照明供电系统：以隧道中心里程为界，由隧道北端处10/0.4 kV变电所和隧道南端处10/0.4 kV变电所各自的双台变压器低压侧两端照明专用母线交叉供电，以确保在任一进线电源失电瞬间，不致使隧道该区段的照明灯具全部熄灭。

（2）应急照明供电系统：应急照明由EPS装置供电，应能在正常外部电源全部失去时，提供不间断的交流电源，切换时间不大于0.3 s，应急时间为3 h。

（3）照明配线：隧道照明主干线采用金属铠装交联聚乙烯绝缘、聚乙烯护套无卤低烟阻燃铜芯电力电缆，应急照明回路电缆采用交联聚乙烯绝缘、聚乙烯护套无卤低烟阻燃耐火铜芯电力电缆。照明回路配线采用交联聚乙烯绝缘、聚乙烯护套无卤低烟阻燃铜芯电线，应急照明回路为耐火型，其他各回路为阻燃型。

公路照明干线采用YJY22-1 kV型电力电缆，埋深0.8 m，采用保护管埋地敷设，穿越车道路口穿热镀锌钢套管保护，管内线路不允许导线接头。

3 结语

高速公路隧道运营安全与节能是一项复杂的系统工程，创新的设计理念是保证行车安全、节约能源的重要技术措施。我国高速公路隧道数量众多，随着交通量的日益增加及技术的创新，在隧道机电系统设计时，需要灵活应用规范，对各项新技术进行研究，以不断完善隧道机电系统，实现公路隧道“节能化”目标。

参考文献

[1] 周强.长山隧道机电工程项目进度管理研究[D].山东大学，2016.

[2] 林杉.高速公路隧道交通流模型与应急交通控制预案研究 [D].长安大学，2012.