浅谈大广高速公路—黄龙带隧道机电工程设计

钱经纬, 杨顺生

(西南交通大学土木工程学院， 四川成都 610031)

大广高速公路是国家高速公路“7918工程”规划网中从中国东北黑龙江省大庆市至中国南方广东省广州市的一条高速公路，该路线是《国家高速公路网规划》纵向的第五条高速。黄龙带隧道已经通车并处于正常运营期，该隧道是一条越岭双洞高速公路隧道，单洞长度约1.7 km。

1 隧道分级及机电工程配置

按交通部规范JTG/T D71-2014《公路隧道交通工程设计规范》确定黄龙带隧道等级属于A级，根据后续表格确定隧道机电设施配置。例如通风与照明控制设施应选VI检测器、CO检测器、风速风向检测器和亮度检测器；消防设施中必选灭火器，应选消火栓与固定式水成膜泡沫灭火等消防设备。

2 隧道照明设计

黄龙带隧道是一条分离式双洞单向的公路隧道，为双向六车道且设计行车速度为100 km/h，路基宽度是分离式15.25 m，隧道北端的洞门形式是台阶式，隧道南端的洞门形式是端墙式；隧道建筑界限：13 m×5 m，隧道为水泥路面。选定的照明设计年份为2025年且其设计交通量为每车道791辆/h。洞外的设计亮度取值是3 500 cd/m2。

2.1 照明标准及设计值

根据JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明设计细则》和总体设计院关于隧道照明设计统一要求，该隧道照明设计的速度选取100 km/h，其中隧道照明分段和设计的标准如表1。

表1 隧道照明分段和设计的标准

2.2 灯具选择及布置

隧道内设计光源为LED。其中LED光源的光效不小于100 lm/W,色温范围4 000～4 500 K。黄龙带隧道内灯具选用LED隧道灯具；隧道外和引道照明设计为HPS道路灯具。各类灯具的设计防护等级是IP65。

2.3 照明控制

隧道内：加强照明在白天时根据晴天、云天等基本天气工况分回路分别控制；应急照明24 h开启；基本照明在两个工况(白天和及上半夜)全部启动，下半夜关闭1/3；人行横通道灯通过两端的人体感应式开关进行控制，并应具备全自动的感应特性，车辆驶入隧道时来开启，车辆驶离隧道后延时自动关闭；在车行横通道的单侧配备照明控制箱，相对侧配备照明按钮盒，车行横通道的灯具应与防火卷帘门进行联动设计，以保证正常同时开启，也须具备监控室远程控制的基本功能。隧道外：引道照明夜间开启，白天关闭。照明控制由隧道洞口变电所实现。

2.4 照明负荷分级

隧道应急照明属于特别重要的一级负荷；隧道基本照明属于一级负荷；隧道加强照明属于二级负荷；引道照明属于三级负荷。

2.5 照明供配电

在黄龙带隧道的起终点洞口位置分别设计了一座10 kV的变电所，负责隧道左右线引道和隧道一半长度的用电与其设备供电量。两座变电所与隧道内的供电电缆敷设在隧道行车方向右侧的电缆沟内。引道照明回路的电缆型号选用铠装铝合金电缆0.6/1 kV-5×10，并由两侧的变电所分别进行供配电。

在隧道左、右线距洞口10 m处设置照明配电箱。照明配电箱至隧道内灯具回路电缆采用穿土建预埋管至洞顶敷设的线槽再通过金属软管接至各灯具；隧道照明配线采用TN-S系统配电，灯具三相交叉布置，使三相平衡，线路末端压损按照不大于10 %；变电所EPS馈线柜至隧道内应急照明配电箱回路采用耐火铝合金电缆；变电所中的馈线柜至隧道内照明配电箱回路电缆材质选用阻燃铝合金；隧道内照明配电箱与灯具之间的应急照明回路电缆型号选用YJV/NH-1kV单芯；隧道内照明配电箱至灯具的其余照明回路采用YJV/ZR-1kV单芯电缆；紧急停车带、车行横通道、人行横通道照明电源从应急照明干线回路引接；所有电线、电缆均采用铜芯、防蚁、防潮、防腐、抗老化型产品；电线、电缆截面按允许载流量选择，按电压损失、热稳定校验。

2.6 防雷与接地

选用浪涌保护器于隧道配电箱内进行防雷保护。隧道行车方向右侧的电缆沟内敷设一根40 mm×4 mm镀锌扁钢并保证所有的电缆支架应与接地干线进行焊接连接，同时与洞口电缆沟内的预留接地端子(MEB)串联，其实测接地电阻不应大于10Ω。隧道内的金属线槽、灯具等金属属性的构件应同时连接至变电所接地体。

3 隧道通风设计

黄龙带隧道设置风机进行机械通风，目前在4 000 m长的隧道中，全射流通风技术已经成熟，因此该隧道中采用全射流通风。

3.1 通风设计计算

依据黄龙带隧道的海拔高度、纵坡及其交通车辆构成等参与，计算隧道在各设计年限中正常运营条件时需要稀释洞内CO和烟雾并换气，以去除异味等基本要求的隧道全长的需风量，以此基础综合计算出了该隧道正常运营最大计算风量值及隧道内的风速值，采用全射流通风理论最终计算确定了黄龙带左右线隧道内的射流风机数值，具体计算结果如表2。

表2 黄龙带隧道设计风量与计算风速

通过计算可知，射流风机台数由火灾工况控制，黄龙带隧道左线需要10台，右线需要12台。射流风机每组应配备两台，在隧道左线行车方向起点端设置2组且终点端设置3组，右线行车方向起点端设置3组且终点端亦为3组。

3.2 射流风机选型及设置

黄龙带隧道建筑限界与拱顶的距离较大，满足安装射流风机的基本要求和条件，Φ1 120 mm型射流风机已经较为广泛地运用于我国公路隧道中，因此，进行详细比选确定设计中射流风机的型号为Φ1 120 mm。射流风机性能应满足表3的各项指标要求。

3.3 风机配电系统

(1)采用低压电缆放射式与树干式有机统一结合的综合配电方式。37 kW及以上的风机启动方式采用软启动，除此之外则为直接启动。

(2)射流风机采用就地和中控室控制方式。在风机安装处设控制箱，对风机进行起停操作。

(3)隧道内风机、支架等均应与隧道内贯通接地母排可靠连接。

4 隧道消防设计

JTG/TD 71-2004《公路隧道交通工程设计规范》8.3.6条，黄龙带隧道消防水量选取同一时间内一次火灾考虑。消火栓用水量为20 L/s，火灾延续时间4 h，消火栓消防用水量为288 m3/次。黄龙带隧道消防平面布置图如图1。

表3 单台射流风机的实际性能

图1 隧道消防平面布置

4.1 消防水源

黄龙带隧道附近存在既有水源——黄龙带水库，水库边缘距离隧道起点端洞口约300 m。由于地下水量满足要求，因此选用水源管井取地下水作为隧道的消防水源。其中深井潜水泵的设计安装高程与高位水池最低水位的落差、管道水力损失(沿程与局部)和一定量富余水头等条件计算出管井中深井潜水泵的扬程值与流量。在实际运营中，潜水泵的启停由高位消防水池的水位变化进行控制，高位水池的中液位仪数值需要在隧道洞口处的水位水泵控制箱中能明确读出，以满足消防操作人员能够在定期检查中确定运营情况和在火灾发生时由水池的液位进行远程控制深井潜水泵的启停工况。

4.2 消防高位水池和扬水管

隧道内单次火灾的设计用水量为300 m3(包含消火栓和水成膜消防用水量)，高位水池工艺与结构设计选用国家标准图集中300 m3的矩形水池(由于山上矩形水池的挡土墙工程量明显小于方形蓄水池挡土墙工程量，因此选用矩形水池并根据实际情况确定长宽比)。高位水池中的最低有效水位应满足发生火灾时隧道内最不利点处消火栓和水成膜泡沫系统的正常使用工况参数要求。

黄龙带隧道消防扬水管采用一根Φ88.9×5.0 (1.6 MPa)的加厚热镀锌钢管，下山采用两根Φ168.3×4.5(1.0 MPa)的加厚钢管，管径的具体数值是根据流量，经济流速和管材经济性等原则综合计算确定。管材选用加厚热镀锌钢管。

4.3 隧道洞口消防系统

在隧道起终点的洞口外行车方向右侧路线外分别设置两座水泵接合器，用于消防车补给消防管网的水量。在隧道起终点的洞口外行车方向右侧设置室外消火栓，用于火灾时供给消防车取水用。隧道洞外消火栓用水量不应小于20 L/s，其中15 L/s的流量就要求设置一组室外消火栓和水泵接合器。

隧道外消防管选用热镀锌钢管，在隧道洞口连接成环。尽量采用埋地铺设管道，横穿道路时增加管道保护措施(采用钢套管)。在整个环状消防管网系统的局部最低点处均设置泄水阀井(一般设置在洞外)，并与新建涵洞连接或向路基外散排，减少对路基边坡的影响。

4.4 隧道内消防系统

隧道内消防管管材选用DN150的热镀锌钢管，管道连接方式为沟槽卡箍式柔性接头J型连接，走向是沿检修电缆沟敷设。隧道内消防管道每间隔不过5个消防设备箱时应于干管上设置一处检修阀，检修阀为常开状态；隧道纵断最高处设排气阀，纵断最低处设置排泥阀和排泥湿井。隧道行车方向右侧间隔约45 m设置一处消防设备洞室，位置须和其它机电位置协调，但间隔不应大于50 m。该隧道消防设备箱中配置室内消火栓系统、水成膜泡沫灭火系统和2具灭火器(干粉灭火器和泡沫灭火器)。

5 体会与建议

5.1 隧道机电预留预埋

隧道机电工程包含照明工程、通风工程和消防工程等多个机电工程项目，因此在隧道土建施工时预留预埋的间距除了要满足规范强条的要求，还需要相互协调以免交叉。因此需要先设计出隧道机电预留预埋纵断面布置图，在作图的过程中能详尽考虑并确定各机电土建的具体位置和相互间的实际工程距离。

5.2 消防水源的选取

高速公路隧道消防水源有很多种方式，在隧道消防设计方案阶段应该去现场踏勘隧道桩号起终点的地形与地质情况，根据比较确定最适宜的消防水源或进行双水源供水。在比选过程中将定量问题进行定性处理，可融入SWOT的方法进行详细定量比选。

5.3 隧道机电工程设计规范不完善

由于涉及公路隧道机电工程的国家规范种类多样，但没有针对高速公路隧道机电工程的对应性国家规范，因此在设计过程中需要交叉查阅并有一些互相矛盾的条文与规定。建议相关部委能尽快编制出台针对高速公路隧道机电工程的相关设计规范及技术手册，以期统一各类高速公路隧道机电工程中的基本设计参数。

[1] JTG /TD71-2014 公路隧道交通工程设计规范[S].

[2] GB 50016-2006 建筑设计防火规范[S].

[3] 钱经纬.大广高速公路黄龙带隧道消防系统设计[J].给水排水.2013,39(3):71-74.

[4] 钱经纬. 高速公路隧道消防水源取水工程设计选取及应用研究[J].给水排水.2014,40(7):74-78.