厦门市海沧货运通道隧道群机电系统方案设计

■王建春

（厦门百城交通工程咨询有限公司， 厦门 361000）

随着城市道路工程的迅猛发展，逐渐形成了以隧道群为特点的道路隧道系统，对机电系统提出了更高的要求。 基于此，本研究依托厦门市海沧货运通道（马青路-疏港路通道段）工程，根据隧道群机电系统的特点，对供配电系统、照明系统、监控与通信系统进行分析，总结出一些对类似工程具有参考价值的结论。

1 工程概况

海沧货运通道（马青路-疏港通道段）工程路线呈南北走向，设计起点接海新路与马青路立交改造范围，下穿海新路后向西北方向偏移，设置隧道穿过文圃山、雷公山，设计终点位于疏港互通，顺接孚莲路高架桥。 本工程道路标准为城市快速路，行车速度为80 km/h， 双向六车道。 全线共设置3 座隧道，左线隧道长3 608 m，右线隧道长3 681 m，隧道单洞宽度为13.75 m（单向三车道）。 其中海新一号隧道左线长1 928 m， 桩号范围为ZK0+727～ZK2+655；右线长1 940 m，桩号范围为YK0+730～YK2+670；海新二号隧道左线长475 m，桩号范围为ZK3+110～ZK3+585， 右线长495 m， 桩号范围为YK3+070～YK3+565；海新三号隧道左线长1 205 m，桩号范围为ZK3+645～ZK4+850，右线长1 250 m，桩号范围为YK3+620～YK4+870。

2 系统构成与特点介绍

2.1 系统构成

隧道机电系统一般由强电系统、 弱电系统组成。 其中强电系统包括供配电系统和照明系统；弱电系统包括监控系统和通信系统。

2.2 系统特点

公路隧道机电系统的配置应根据隧道单洞长度和设计年度预测隧道单洞年平均日交通量两个因素进行分类[1]。 针对传统的单隧道工程，隧道机电子系统根据各自确定等级类别进行设置， 相对独立。 包含多隧道的隧道群工程因两隧道较近，隧道间机电系统需要从隧道群工程统筹考虑，结合各隧道机电子系统等级从隧道运营安全、 保证服务水平、节省设备资源等角度综合分析。

隧道群机电系统主要有以下特点：（1）隧道机电设备规模大。 隧道机电系统与隧道长度密切相关，隧道群工程是多隧道的组合，相较于传统单隧道长度更长，需要布设的机电规模更为庞大。 （2）隧道机电系统设备等级繁多。 交通工程设置等级需根据隧道长度和设计年度预测交通量配置。 相较于机电等级确定的传统单隧道工程，隧道群中各隧道长度存在差异，对应的交通工程等级不同，机电系统设置变化较大。 隧道机电系统需根据隧道长度针对性设置。 （3）机电系统的统筹设计。 根据《公路隧道设计规范：第二册 交通工程与附属设施》[2]，当后一隧道入口与前一隧道出口间距小于500 m 时，两隧道间可不设交通信号灯；当两座隧道间的行驶时间按设计速度计算小于15 s，且通过前一座隧道的行驶时间大于30 s 时，后续隧道入口段亮度应进行折减。 隧道群机电设计不再是对多个单隧道的叠加，需要综合考虑前后隧道联动。（4）管理方式集中。传统单隧道工程需每个隧道旁建设隧道管理站，维护隧道日常管理，隧道群则采用集中管理方式，取消各隧道管理站，将全线所有隧道作为一个完整的隧道来考虑，设置一座主管理站，负责所有隧道区域内的机电设备的日常管理和维护、制定应急联动预案。

3 系统方案设计

根据隧道群设计特点， 结合公路隧道设计规范，对海沧货运通道工程隧道机电系统方案设计。

3.1 供配电系统

3.1.1 供电范围

为隧道群照明、风机、泵房、监控设施及其他用电负荷。

3.1.2 负荷等级

隧道重要电力负荷等级见表1，变电所及箱变布置情况见表2。

表1 隧道重要电力负荷等级

表2 隧道变电所及箱变布置情况

3.1.3 运行模式

1 号变电所：2 路10 kV 独立电源引入，10 kV母线采用单母线分段接线方式，每段母线引入一回独立电源。 正常运行时两路电源同时运行，母联开关为断开状态，当一路电源失电时，自动投入母联开关，由另一路电源带全部负荷。 每段10 kV 高压母线配出2 路10 kV 出现回路，为2 号变电所及3 号变电所提供2 路10 kV 双电源。低压侧采用单母线模式，当其中1 台变压器检修或出现故障时，由另外一台变压器为二级及二级以上负荷提供电源。

2 号、3 号变电所： 分别从1 号变电所引2 路10 kV 高压线路组成10 kV 系统单母线分段运行，不设置高压联络开关，2 路10 kV 系统独立运行。低压侧采用单母线模式，当其中1 台变压器检修或出现故障时，由另外一台变压器为二级及二级以上负荷提供电源。

3.1.4 电缆选择和敷设

隧道内消防负荷用电回路干线和支线电缆均采用低烟无卤阻燃耐火型铜芯电缆，其余负荷回路采用低烟无卤阻燃型铜芯电缆。

隧道内干线电缆沿电缆沟引至各配电箱。 照明供电分电缆经配电箱引至隧道电缆桥架内分配给各灯具。 风机电源由敷设在隧道左侧电缆槽内的电缆从隧道进口端变电所低压开关柜引至各组风机现场控制箱， 再由支线电缆穿预埋管引至各射流风机。

3.2 照明系统

3.2.1 技术标准

（1）隧道分类：一类。 （2）道路等级：城市快速路。（3）设计行车速度：80 km/h。 （4）行车道数：双向6 车道。（5）路面亮度总均匀度不低于0.4，亮度纵向均匀度不低于0.6。

3.2.2 照度计算

机动车隧道照明按单向三车道要求进行设计。根据《公路隧道照明设计细则》，按行车速度80 km/h及预测交通量设计。

3.2.3 灯具布置

隧道内照明设计采用LED 灯具两侧对称布置方式，安装高度6.0 m，桥架安装高度6.4 m。为保证人员迅速疏散，隧道设有车、人行横洞及紧急停车带，在顶部均设置了50 W LED 灯具，人行布置间距5 m，车行布置间距4 m。海新一号隧道出口与海新二号进口、海新二号隧道出口与海新三号进口间距均小于15 s 行车距离，各隧道入口段根据《公路隧道设计规范：第二册 交通工程与附属设施》6.2.6条取值。

3.2.4 灯具调光

本着节约电能的设计理念， 隧道照明采用无级调光系统进行控制调光。基本照明根据时间、运行车速、交通量等信息自动无级调光；加强照明根据洞外亮度、运行车速、交通量等信息自动无级调光。

3.3 监控系统

3.3.1 管理体制

本项目隧道群管理模式为监控中心-外场设备，监控中心设置在海新一号隧道及海新二号隧道之间的管理用房内，统一负责管理3 条隧道的所有监控外场设备。 海新一号隧道为一独立环网接入监控中心，海新二号隧道和海新三号隧道部分系统统一组网接入监控中心。

3.3.2 建设规模

根据预测交通量及隧道群标准统一性，隧道群监控系统按交通等级A 级合理布设监控外场设备，确保行车安全。

3.3.3 隧道监控设施

隧道监控统由中央控制系统、通风照明控制、交通诱导控制系统、 闭路电视系统、 紧急电话系统、有线广播系统、火灾检测报警系统共同组成。各系统之间相互联系， 既避免由于某个子系统出故障而影响其他系统的运行， 又可保证整个系统的联动运行。

在隧道外场设备的布设中， 隧道按A 级设计，监控外场设备配置完整。 各监控外场设备的布设原则如下：（1）火灾报警按钮：设置在消火栓旁，约50 m间隔（两端除外），安装于行车方向右侧。 （2）摄像机：隧道内采用固定摄像机，安装于行车方向右侧，朝行车方向，间隔100～150 m，弯道附近应进行适当调整，保证全隧道覆盖，同时该摄像机也作为视频事件检测点； 洞口采用红外球型遥控摄像机，距洞口100～200 m， 并要求设置在情报板之前20～50 m 的位置，保证白天黑夜都能清楚地监视洞口全貌和交通状况，并能看到情报板的显示内容。 （3）交通信号灯： 安装于隧道回转车道前20～50 m 位置。（4）车道控制灯：隧道进出口分别设置1 套，隧道内每隔300～500 m 设置1 套，弯道路段可适当调整间距。 根据规范， 本隧道群中两隧道间距离均小于500 m，因此海新一号隧道出口与海新二号进口、海新二号隧道出口与海新三号进口间均不需设置交通信号灯。 （5）车辆检测器：采用视频车辆检测器，利用隧道内的固定摄像机，图像传到中心后进行处理，得到交通量、车速、交通事件等信息。 （6）CO/VI检测器：每个通风分段设置2 套，安装于行车方向右侧。 （7）风速风向检测器：每个通风分段设置1套，安装于行车方向左右两侧。 （8）火灾报警探测器：采用光纤探测器式，1 条约400 m， 安装于隧道顶部，并用钢绞线固定。 （9）光强检测器：成对设计，洞内外分别设置1 台，设置于行车方向右侧，洞外部分采用立柱式安装，洞内部分安装于行车方向右侧隧道侧壁上。 （10）门架式可变情报板：隧道左右线入口前各设置1 套。 （11）本地控制器PLC：隧道内每隔500～700 m 设置1 套，安装在行车方向右侧隧道侧壁。 （12）配电箱：隧道口设置1 套，隧道内按300～400 m 设置1 套，为半径约200 m 范围内的设备供电。

3.4 通信系统

3.4.1 系统构成

本隧道通信系统主要由隧道紧急电话和有线广播、光缆、通信管道等构成。

3.4.2 系统概况

隧道紧急电话由监控室电话交换设备、传输系统、隧道内紧急电话三部分组成。 电话交换设备主要包括程控交换机，紧急电话话务操作台、维护终端、数字录音机等；传输系统主要包括光纤接入主机、远端模块、音频配线架、传输光缆等。

隧道内按100～150 m 间隔设置1 个紧急电话通话柱，每50 m 设置1 台隧道内有线广播。 并在各隧道口设置1 个紧急电话通话柱和1 台洞外有线广播。

4 结语

结合厦门市海沧货运通道 （马青路-疏港路通道段）工程隧道群机电系统方案设计，认为隧道群机电系统与单体隧道机电系统相比，存在环境因素更为繁杂、系统设备要求更高的情况。 因此在隧道群机电方案设计上应根据各隧道的长度、 位置关系，以及交通量预测情况，对机电各个子系统及设施从其经济性、各个子系统功能的互补性、系统统一管理以及标准统一等原则进行比较分析，从而确定其合理的方案。