长大公路隧道监控系统的布设及施工.doc

终南山隧道监控、消防、电力系统的布设及施工【摘 要】 监控、消防及电力系统是长大公路隧道的重要组成部分。本文详细介绍了秦岭终南山公路隧道的监控、消防及电力系统的布设方案及施工方法，对同类隧道的设计及施工有较好的借鉴作用。【关键词】 公路隧道 监控、消防、电力系统 布设 施工1. 引言 公路隧道是路段的特殊构造物，特别是长大公路隧道，具有易发生事故和事故危害程度大，难于处理的特点。因此隧道的监控、消防及电力系统是其重要的、不可分割的组成部分，它直接关系到隧道开通运营后的安全、高效运转。终南山特长公路隧道全长18020米，该隧道在建设中，考虑今后的运营要求及运营安全，需设置多种监控设施以及布置照明、供电、消防和通风系统。这些设施及系统在隧道中的布置均采用在衬砌中预留洞室和预埋管线。因此，在隧道衬砌施工中，要充分考虑其预埋位置和预埋方式，避免衬砌后返工。2. 系统的组成2.1 布设原则秦岭终南山公路隧道属特长隧道，在重点保证安全运营的前提下，本着“实用、可靠、经济”的原则，考虑设置监控系统及防灾系统。具体包括：1安全性：系统能保证交通正常营运，最大限度发挥运输效率。2可靠性：系统局部设施故障不影响其他设施的正常工作，关键设施有必要的冗余措施。3可控性：系统收集的交通、环境、语言、视频等信息能得到充分利用，据此合理诱导交通流，并进行有效控制。4经济性：系统投资少、性价比高，同类设备运转平衡，控制方案除能保证正常运营外，还必须节能，运营、维修费用省。5稳定性：系统可长期（在设计周期内）稳定运行。6便捷性：系统操作、维护方便。2.2 监控系统的组成监控系统是利用电子技术和计算机对交通进行实时监测、监视与控制。由信息采集、提供、处理等子系统组成，每个子系统由不同的设施有机组成。由中心计算机系统控制、指挥、管理，并能与本区域的高速公路监控中心配合运转，实现交换共享信息资源，并对隧道内的交通、通信、照明供电、消防、通风等进行统一监测、管理和控制。秦岭终南山公路隧道设置五个监控系统：（1）通讯系统：包括紧急电话系统、有线广播系统、闭路电视监视系统和无线通信系统；（2）交通监视和控制系统：包括交通监控系统、照明监控系统、通风监控系统、消防监控系统和供电监控系统；（3）交通与环境检测系统；（4）运营通风系统；（5）中央控制系统：包括监控计算机、通信计算机、监视屏、隧道模拟屏等。2.3 消防系统的组成 隧道消防系统由消防干支管、火灾报警装置、消防灭火设备、消防水池等组成。一旦发生火灾，可将其限制在最小范围内并迅速扑灭。2.4 照明及供电系统的组成 照明及供电系统由正常照明配电箱、应急照明配电箱、照明灯具、照明箱式变电站等组成。为提高供电的可靠性，隧道内采用两套独立的供电系统：正常供电系统和应急供电系统。3. 监控、消防及电力系统的布设3.1 预埋管线布设原则监控、消防及电力系统均为配合土建工程进行预埋或预留。需设置预埋沟、槽、管、洞的监控系统有通风监控系统、照明监控系统、交通监控系统、火灾报警系统、电力监控系统。东西线隧道内行车方向右侧预留通信、监控合用电缆沟，电缆沟尺寸为宽45cm，深60cm，内设电缆托架可将各类电（光）缆分开。各系统配线均采用暗设方式，各系统主干光电缆，分类敷设在监控电缆槽内。需引出设备处，可直接从电缆槽内引出。在隧道壁内设置预留交通监控洞室、预埋各系统接线盒。在电缆槽、洞室、暗盒间设预埋50PVC支线管线（火灾报警系统采用50可绕防水金属管）。在每个紧急停车带处设监控电缆余长腔，并与通信、监控电缆槽相通。各系统引出预埋支线管线、暗盒尽量合设。3.2 监控系统3.2.1 通讯系统隧道内根据需要设置有紧急电话、电视监控、广播和无线通信系统，各系统预埋相应的沟、槽、管、洞室。在隧道壁内设置预留紧急电话洞室、监控箱洞，预埋电视监控接线盒、广播接线盒、无线设备接线盒、电话接线盒等暗盒。在电缆槽、洞室、暗盒间设预埋PVC支线管线。在每个紧急停车带处设监控电缆余长腔，并与监控电缆槽相通。1紧急电话系统系统由中心控制设备、紧急电话分机和传输电缆组成。中心控制设备放置在隧道外中央控制室内，传输电缆敷设在监控电缆槽管道内，紧急电话分机设置在隧道壁紧急电话洞室内。紧急电话洞室设置在行车方向右侧，从入口处开始以250米左右间距设置，并保证在紧急停车带及行人、行车横通道前，以及隧道两侧洞口处均设有紧急电话洞室。紧急电话箱洞室设置在隧道壁内，内设有电话接线盒和照明接线盒，紧急电话箱洞室电话接线盒与监控电缆槽壁间预埋50PVC管，其余各接线盒间也预埋50PVC管。2有线广播系统系统由广播控制台、功放及远端控制器、扬声器和电源线及控制线组成。广播控制台放置在隧道外中央控制室内，功放及远端控制器设置在隧道内紧急停车带处，电源及控制线敷设在监控电缆槽管道内，扬声器通过预埋管线，安装在行车方向左侧墙上，以160米左右间距设置，并在紧急停车带附近适当加密。3闭路电视监视系统系统由中心控制设备、光传输设备、摄象机以及光电缆组成。中心控制设备放置在隧道外中央控制室内，光传输设备设置在隧道壁监控箱内，电视监控箱洞单设时，底边距地155cm，与紧急电话箱合设时，设置在紧急电话箱洞室内，底边距地150cm。摄象机安装在行车方向右侧隧道壁上，与隧预埋的管线相对应，光电缆敷设在监控电缆槽管道内。摄象机安装底边距地470cm，以160米左右间距设置，并在人行、车行横通附近适当加密。4无线通信设备系统由四信道基站、光中继器、天线、光传输设备等组成。四信道基站放置在隧道外中央控制室内，光中继器设置在隧道内紧急停车带处，相互间距为3公里。天线通过预埋管线安装在隧道壁上，无线设备接线盒设置在行车方向右侧隧道壁上，底边距地575cm。为了管线运用灵活及考虑预留无线广播管线，在行车方向左侧隧道壁上底边距地575cm处也预留有无线设备接线盒。3.2.2 交通监视与控制系统3.2.2.1 交通监控系统系统由中控室的交通监控计算机、入口信号灯及隧道内交通控制柜、可变情报板、可变限速标志、视频车辆检测器、车道表示器等组成。(1)交通控制柜：设置在紧急停车带处，设置地点预留电缆沟（宽20cm，与主沟同深）并与主沟连通。(2)车道表示器：按双向行车要求设置车道表示器，东西线隧道设于左车道的车道表示器双面显示，设于右车道设单面显示车道表示器，设置间距为250m左右。具体设置地点为隧道洞口每条车道中心的上方设置车道表示器。东西线隧道之间的每个行车横通道及行人横通道处每条车道上方设置车道表示器，行车横通道处车道表示器与转向表示器合设。(3)可变情报板：设在隧道口采用门式，隧道内的可变情报板采用悬挂式，可变情报板设置间距为3000m，设置地点为紧急停车带出口处，底边距路面550cm高。(4)可变限速标志：设在隧道口和隧道内的可变限速标志可显示 20、40、60三种限制速度，可变限速板设置间距为 1000m。具体设置地点为紧急停车带出口处。可变限速板直径为60cm，中心高度510cm。(5)视频车辆检测：视频车辆检测器摄像头与CCTV系统合用，视频图像传输至交通控制柜或直接传至中控室，利用专用软件处理后，检测出事故车辆位置、车流密度、行车速度、统计车流量。 3.2.2.2 照明监控系统系统由隧道外亮度检测仪、隧道内隧道照明控制柜、照明监控远端模块组成。照明控制柜与交通控制柜合设在紧急停车带处，照明监控远端模块设置在照明监控箱内，与照明配电开关合设。在照明监控箱处预埋从监控电缆沟至照明监控箱连接管。在行车横通道处为防火门控制电缆预埋从监控电缆沟至电力电缆沟连接管。3.2.3 通风监控系统系统由一氧化碳及能见度检测仪、风力风向检测仪、通风控制计算机、风机控制柜、配电系统及风机组成。一氧化碳及能见度检测：一氧化碳和能见度检测仪合设，每处通风竖井排风日出设置一台CO、VI探测仪，然后由此位置逆通风方向每隔1000m设置一台CO、VI探测仪（预埋管按500m间距设计，暗装接线盒高度为265cm）。3.2.4 火灾报警系统系统由中控室内的集中火灾报警控制器、隧道内线性火灾探测器（感温光纤）、手动报警按钮及中控室、设备室、变电站设备室感烟式火灾检测器组成。(1)自动报警：在中控室设集中火灾报警控制器，在隧道内考虑汽车的排气和通风气流的影响，采用光纤型火灾报警系统，每隔3Km设置一区域报警器。（考虑到可能采用其它光纤火灾报警系统，每隔500m设一处从监控电缆沟至洞顶预埋管）。(2)手动报警：带地址码的按钮式手动报警按钮与消火栓、紧急电话合设，设置在消火栓的门上，消火栓设置间距为50m，紧急电话设置间距原则上为250m。3.2.5 电力监控系统电力监控柜设置在洞口变电所、竖井变电所低压配电室，预留监控电缆沟至隧道内照明箱的预埋管。3.3 消防系统隧道防灾防火本着“以防为主，防消结合”的原则，为此，在消防系统中的报警、检测、确认、灭火等环节，应安全可靠，切实可行。1隧道内消防水量的确定隧道内最大灭火水量为消防队进行正式灭火作业时的供水量，即以口径65mm，给水量10升秒，供水压力4.0kgf/cm2为标准，同时考虑两个栓同时使用灭火，1个栓为消防车加水，火灾延续时间按3小时考虑。2隧道内消防干管东、西线隧道中各铺一路D200mm消防干管。通过东、西线隧道间的行人横通道，每2250m2500m铺设D150mm管与消防干管连接，连接管设于横通道中预留管沟内，形成保障有利的供水环网。消防干管采用钢管，沿隧道右侧排水沟架设，闸阀等管道附属设备也设于排水沟内。消防于管及连接管采用可防静电的防腐胶带防腐。3消防水池洞口南端设500m3高山水池一座，以洞内最大消防水量（30升秒），最不利着火点（隧道人字坡顶部）水压要求和隧道南端生产用水及建筑消防用水量、水压计算确定。其水池最低消防水位高程1089.8m。4隧道报警装置的设置(1)按钮报警装置：每50m设一处（人工火警按钮，设于消防设备箱上）。(2)自动报警装置：每50m设一个，可与消防设备箱合设。5消火栓箱的设置消火栓箱每50m一处设于行车方向右侧。消防栓箱配水管采用D65mm镀锌钢管（丝接），并安设在隧道衬砌的预留管槽中。3.4 照明及供电系统3.4.1 照明系统(1)根据设计行车速度、隧道断面形式、预测交通量及行车方向确定入口段长度为85米，过渡段长度为301米，中间段长度为17570米，出口段64米。(2)依据公路隧道通风照明设计规范确定入口段灯间距为2.5米，过渡段的灯间距为5米，过渡段2的灯间距为7米，过渡段3的灯间距为7.5米，中间段的灯间距为10米，出口段的灯间距为5米，各段灯具均为对称布置。(3)出入口段、紧急停车带设加强照明，出入口段的加强照明灯具采用高压钠灯，紧急停车带的加强照明灯具采用荧光灯。中间段的照明灯具采用高压钠灯。(4)根据东线隧道照明、监控负荷全线分布情况，设隧道照明箱变（带UPS）9座，间距为2公里；每座箱变在2公里供电范围内供事故、正常照明配电箱各5个：每一个事故照明箱与一个正常照明箱毗邻布置，供电范围约为0.4公里。 (5)事故、正常照明配电箱沿隧道衬砌内引出供本段事故照明。正常照明、洞口加强照明及紧急停车带加强照明的灯具及监控、通信、防灾等负荷的供电干线，采用在隧道衬砌内纵向暗敷设钢管保护方式，以供本段负荷用电。供电范围内的用电设施分别由相关的供电干线设分线盒内“”接电源供电。(6)照明控制分设于相关的照明配电箱及箱式变电站中。设于紧急停车带处的大负荷的监控负荷由管辖该段的照明箱变中的UPS直接供电。(7)沿隧道纵向暗敷设的管采用镀锌钢管，沿隧道断面方向暗敷设的管采用防水金属套管。直线敷设的管过分线盒的间距不大于30米。正常与事故供电干线的分线盒分别设置。3.4.2 供电系统(1)照明10kv电源由隧道两端35kv变电所供电，在各负荷段分设带UPS电源的照明箱式变电站供本段照明、监控、通信设施用电。(2)隧道应急照明在隧道正常营运时作为正常照明，在隧道事故时作为事故照明，电源由箱变中的UPS供电。(3)行车横通道、行人横通道内设带自备电池的应急照明灯具，灯具采用荧光灯，其随横通道门的开启而点亮。(4)横通道处预留避难标志灯盒、横通道卷帘门电源盒及横通道标志电源盒。(5)洞口变电所至隧道内照明箱变的电缆沿隧道电缆沟内敷设。 (6)沿人行横通道口预留电缆余长腔；电缆余长腔及电缆沟上设盖板。每500米设置一处。(7)沿东线道路西侧隧道壁预留照明箱式变电站洞室，共计九处，另留四处补偿电抗器洞室。(8)沿东线道路西侧隧道壁预留入口段照明配电箱、中间段照明配电箱、事故照明配电箱及出口段照明配电箱洞，共计90处。 (9)预埋箱变至配电箱、监控箱，配电箱至灯具，配电箱至监控、通信负荷点的管线，原则是直线敷设管采用镀锌钢管，曲线敷设管采用防水金属套管。3. 监控、消防及电力系统预留管件、预埋洞室的施工3.1 施工准备长大公路隧道预留管件、预埋洞室的布设具有多而密的特点，虽然有一定的规律可循，如火灾报警按钮预埋管的间距为50米、CO、VI检测器预留管的间距为500米，但并不是一成不变的，局部地段（如行车横通道、紧急停车带）的管位移动以后，将直接影响到后续管位的里程变化。再加上预留管件、预埋洞室均是埋设在砼衬砌中的，施工以后，如果出现错误，返工的难度相当大。因此施工前做好充分的准备工作是相当必要的。3.1.1 熟悉设计图纸，明确管线、洞室里程位置及安装要求为了方便现场施工，施工前应绘制管段内所有预留管件、预埋洞室的平面布置详图，明确施工的下一环衬砌应埋设哪些管、洞，对于各管、洞的尺寸、位置、安设要求，也应以技术交底的形式下发至各施工班组。3.1.2 施工材料的准备及预留洞室模板的制作 预埋管线施工中用得较多的施工材料（PVC管、可挠性金属套管、镀锌钢管、钢丝等），均应在衬砌开工前备足一定的数量，以满足连续施工的需要。 对各种大小洞室，应按设计尺寸加工内模板，洞室数量多的，应加工多套以备用。3.2 施工方法3.2.1 预埋管线的施工3.3.1.1 管线预埋特点监控系统各洞室、暗盒和电缆沟间均为50PVC管（火灾报警系统采用50可挠性金属套管）；照明供电系统纵向各分线盒、过线箱间采用G32镀锌钢管连接，横向与灯头盒、配电箱及电力电缆沟间的连接采用可挠性防水金属套管；消防干支管为D200和D150钢管，消火栓箱配水管为D65镀锌钢管。3.3.1.2 管线、盒预埋方法1下部监控、电力和消防系统控制箱洞与电缆槽之间的管线，由于伸入到电缆槽中，且衬砌施工前均应进行小边墙施工，所以必须在小边墙模板安装完后，砼灌注前进行定位和固定。预埋长度、管顶和管底标高须符合设计要求。埋入砼一端应注意封堵，以免造成砼堵管。由于埋入砼深度较短，砼灌注过程中极易发生跑动和偏位，施工时可用钢筋支撑固定。2沿隧道横断面方向的曲管安装横向的曲管最简便的施工方法是衬砌台车对位以后，直接固定于台车模板上，既能保证良好的成形，又能保证合适的砼保护层厚度。但考虑到台车完全对位、与小边墙抵紧后，作业空间狭小，施工难度大，因此应等到台车移至下一环准确里程，收回顶模和侧模后再进行安装。安装可采用8钢筋弯成“又”字形，将管子套在中间，然后将钢筋两脚点焊在台车模板上。采用点焊的方法，既不影响台车模板的平整度，又不会对脱模造成影响。为保证安装的稳定性，也可将管子绑在钢筋上支牢。安装示意图如下：钢筋卡预埋管砼保护层厚模板点焊由于管子较易成形，只须在两端和中间安设几个钢筋卡就可以了。曲管预埋须注意严格按设计长度布设管路，如管子穿过拱顶，管端距中线的距离应控制好。3沿隧道纵向的直管及盒的安装直管及分线箱、过线盒应作为一个整体进行图1 预埋管安装示意图安装。安装前须明确各盒的准确里程，并事先将对应的管盒连接成统一的整体。台车对位以后，应先测定各盒的安装标高后，再行施工。管盒的固定可采用沿隧道横向支22钢筋，再与管盒焊接牢固。由于盒子是直接贴在模板面上的，为防止砼灌注时漏浆堵塞，盒内应用相同大小的泡沫塑料或其他材料堵塞。由于盒与盒的间距是固定的，而一环衬砌的施工长度也是固定的，所以一环衬砌施工时必然存在管子的预留问题。堵头板安装时应注意预留孔洞穿管，并注意对外露管子进行固定。4其他预埋盒的安装其他预埋盒，当体积较小时（如灯头盒），可采用直接点焊的方法固定。为加强稳固性，断面方向与小边墙、径向与防水板间均可用钢筋等撑牢。3.2.2 预留洞室的施工1预留洞室的开挖较大的预埋洞室包括紧急电话洞、电视监控箱洞、交通监控箱洞、照明控制箱洞和消火栓洞。由于其深度较大，相应部位的开挖深度也应增大。为了不影响后续施工，对紧急电话及电视监控箱洞（整体）、消火栓洞，原则上都要求与开挖同步，按设计里程和尺寸进行开挖，特别是深度要够。当条件不成熟时，可推后，但不得影响防水板的施工。为了保证预留洞室背后有足够的砼层厚度，防水板在预留洞室位置应预留足够的伸缩量，砼喷层在洞室边角处亦不得过厚。对于深度较小的洞室，如照明配电箱、电视监控箱，设计开挖深度只有1030cm，且开挖面积不大，加上隧道开挖时一定的超挖量，一般均能达到深度要求。防水板施工前，对洞室位置的隧道净空应先进行检测，如达不到埋设要求，应采用风镐等进行凿深处理。2预留洞室的安装预留洞室的安装应在衬砌台车对位前进行。如果洞室的底部底于盖板的话，在小边墙施工时，应先行预留缺槽，缺槽大小应与洞室底部尺寸一致。缺槽施工可采用预埋木盒的方法。模板加工时必须采用较厚的模板，内部应加强支撑体系，以防止模板在砼的压力下发生变形。洞室模板安装时，必须保持模板的整体稳定性，四周采用钢筋绑靠和支撑。所以小边墙施工时应注意在洞室附近预埋短钢筋以进行靠接。当衬砌有钢筋时，为方便施工，应先进行钢筋的安装，之后对预埋洞室进行放样，对洞室位置的钢筋采用焊割的方法割除掉，将洞室空间预留出来即可。3.3 施工注意事项3.3.1 由于隧道的预留管件、预埋洞室都是隐蔽工程，施工完毕必须经检查，尺寸、位置、里程正确，安装牢固可靠以后才能进行衬砌砼灌注。3.3.2 衬砌砼灌注时，应避免砼直接冲击预埋好的管线及洞室，而且砼捣固时，捣固棒不得碰撞管线及洞室。一旦在砼灌注过程中，预埋件发生移动和变形的话，处理是极其困难的。3.3.3 所有预留、预埋的管线及盒都应及时采取一定的封堵措施，避免衬砌施工中水泥沙浆堵管、堵盒而影响后期的配线及设备安装。并注意在预留管中预先穿上钢丝，以方便后期进行穿线。3.3.4 预埋隧道顶部照明灯具安装盒、过线箱、分线箱时，箱盒皆需采取防锈、防腐、防水措施。6