电子系统在水电工程隧道安全运行的应用探讨

马中刚，宛良朋，魏 然

(中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610031)

我国改革开放以来，经济高速发展，我国机动车车辆保有量快速增长，交通事故数量逐年增加。隧道是封闭空间，会增加交通事故的次生灾害风险并增加救援难度。电子系统可辅助指挥交通，第一时间采取救援，提高救援效率，消减次生事故发生率。水电工程所在地一般属于山原峡谷地貌类型，河谷深切，坡降大，谷坡陡峻。在这种地形地貌下，水电工程物资运输和重件、大件运输对公路线形和曲率半径提出较高的要求[1]，因此大型水电工程的“三通一平”道路多采取明线和隧道结合的方式设计，且多以隧道为主，使水电工程的进场道路隧道比一般较高[2-3]。隧道线路长，且多为单洞双向道路设计，交通安全隐患大，事故救援难度高。为降低事故率，提高救援效率，设置电子系统，对辅助救援、疏导人群具有十分重要的意义[4]。

目前，水电工程进场道路一般由建设单位自筹自建，建成后产权属于建设单位。但是，道路运行后，建设单位往往没有道路的执法权，而道路运行安全责任主体仍是建设单位。这样的矛盾使建设单位承担很大的安全运行压力，所以利用道路电子系统的监控作用，辅助建设单位做好道路运行安全管理十分必要。下面举例说明电子系统在水电工程隧道进场道路运行安全管理的应用。

1 工程特点

乌东德水电站右岸对外交通半角至新村为三级公路，设计速度40 km/h，路基(明线段)宽10 m，路面宽7.5 m。该公路位于云南省昆明市禄劝县境内，起点在昆明市禄劝县皎西乡的半角村接禄劝至半角地方公路，接点高程2 219.7 m；终点在昆明市禄劝县大松树乡的新村附近与河门口大桥右岸接线公路相接，接点高程1 297.0 m。路线全长28.4 km，桥梁12座，总长1 542.5 m；隧道共7座，总长16 030.527 m，占比约57%。在28 km长度范围内，陡降超900 m落差。乌东德水电站右岸对外交通线形成了较长的2个隧道群，且隧道内为3%单向纵坡。该公路属于典型的长大纵坡道路，坡陡弯急，行车条件较差。通过分析建成后车辆运行情况，针对安全隐患，利用电子系统辅助管理，提出工程安全管理措施，消减运行期交通事故率。同时为长陡坡公路运行管理积累经验，为水电工程场内交通管理提供参考，具有重要的社会、经济效益和较高的应用价值。

2 电子系统需求分析

半角至新村公路桥隧比高达62%，道路主要由2个特长隧道群组成。由于难以隔离地方群众，半角至新村公路隧道内经常出现人、马车、摩托车、三轮车等交通参与方，给道路行车带来极大安全隐患。特长隧道群内移动通信信号弱，事故发生后的救援、事故责任处理等难度也增加，需要部署视频监控、紧急电话和有线广播系统等电子设备辅助道路安全管理。

视频监控系统在老鹰窝、红梁子、锅圈岩和龙头山4条隧道的进、出口及隧道内紧急停车带、转弯处、逃生通道交叉口处布设摄像机。在监控中心实现对隧道的远方监控和管理，并用于特长双向隧道的火灾监视，以达到对隧道内全覆盖、无死角的监控要求。

紧急电话和有线广播系统，用以提醒驾驶员注意行车安全，以及在发生事故时进行疏导、疏散车辆和人员。隧道内紧急电话系统要求达到事故发生后第一时间内帮助求助人员，并通过后台分析定位事故发生位置。这就要求紧急电话设置间距不能太大，使隧道内任何位置发生事故，事故人员都能看见紧急电话，并不需要跑动太远的距离就能达到。在隧道管理中心设置1套控制台主机和1台管理计算机，在老鹰窝隧道、红梁子隧道、锅圈岩隧道和龙头山隧道内每隔200 m处设置1台紧急电话分机，分别布置在隧道起点、终点洞外、紧急停车带、和施工支洞/疏散洞口和变电站处，共76部紧急电话分机，包括68部隧道型紧急电话；8套立柱型，布置在洞外。

3 半新公路电子系统的设计原则与控制原理

水电工程道路电子系统设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则[5]。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地[6-7]。为对水电站隧道的车辆及人员通行状况实施监视，有效地防范各类突发事件，查处违规状况,增强工作的主动性,发挥科学管理的作用。

半角至新村公路在老鹰窝隧道群和锅圈岩隧道群4条隧道设置交通监控系统。包括隧道控制中心设备，现场通风控制设备、交通控制设备、照明控制设备等。监控交通信号与火灾自动报警系统和风机联动，完成火灾时风机联动控制，实现整个右岸公路的集中控制和管理。前端视频信号和控制信号通过现场的环形光纤以太网进入隧道控制中心，通过网络硬盘录像机进行图像的存储。通过图像工作站实现对前端实时图像的控制和浏览、以及历史录像资料的访问、调用和转存记录；通过网络管理工作站对系统进行管理，系统通讯网络拓扑图如图1所示。

隧道紧急电话实现管理中心对现场电话的集中监控和管理。系统采用“监视”和“监控”两种监管模式，如图2所示。

1)灾情监控。紧急电话用户可直接与中心紧急电话控制台进行按键通话，全双工通话、并传送本机公里标号等通信联系，通话时语音清晰，声音洪亮，无回授啸叫，允许2处以上紧急电话排队报警，具有录音及回放功能。

紧急电话扩音系统是半新公路隧道布设的应急电话和广播设施,在半新公路隧道内发生交通事故、车辆出现故障或遇到其他紧急情况时，能提供紧急呼叫和应急广播服务。当隧道内发生紧急情况时,司乘人员可以通过紧急电话向右岸监控中心求助，监控中心可直接通过应急广播帮助和指挥隧道内人员疏散和撤离。紧急电话系统与隧道逃生通道设置密切相关，半新公路隧道群设置的逃生通道要求是保证求助人员在隧道内任何位置，到达最近安全区的距离不超过1 000 m。

2)运行监视。利用隧道监控的实时图像点播、系统历史图像的检索和回放的功能，能较好配合对隧道内各种配置进行监督管理，防止隧道内出现设施设备(主要是消防设施)损坏、被盗的现象。利用录像、回放，以供事后执法部门对事故处理分析。视频监控系统的作用还包括准确判断隧道内事故灾情，采取处理措施。为消防、安保及其他系统设备的运行和人员活动提供了监视手段。

图1 系统拓扑图

图2 系统结构示意图

4 运行效果

以老鹰窝隧道为例，当老鹰窝隧道内K8+800左右发生救援事故，求助人员视野范围内可看见K8+883和K8+683两个位置的紧急电话。由于到K8+883的位置较近，求助人员可通过拨打隧道内K8+883处的紧急电话。紧急电话自动接入监控中心，监控中心值班人员根据求助电话的编号，经过后台系统分析，对求助人员进行定位，初步计算求助人员到K7+800和K9+750两位位置的逃生通道的距离，告知求助人员向K9+750逃生通道自救，紧急电话系统终端显示界面如图3所示。求助人员挂断电话，监控中心可以通过观察K8+953至K9+755等6个视频监控，时刻观察疏散人员的疏散情况，并通过隧道设置的喇叭系统进行指导。

图3 紧急电话系统终端显示界面图

监控中心通过对事故现场定位，可通过喇叭系统实时播报事故信息，通知隧道内的车辆撤离事故区域，禁止隧道外的车辆继续进入隧道，降低次生事故发生率，降低救援难度，视频监控画面如图4。

图4 视频监控显示图

此外，利用视频监控系统可监控隧道内车流量及车速，对于车流量较大的隧道可通过隧道口的红绿灯、广播播报等减少车辆进隧道的数量，以避免车辆在隧道内发生拥堵，以降低事故发生的概率。

5 结 语

乌东德水电站半角至新村公路隧道设计为单洞双向行驶，内受其空间狭长、封闭、视野疲劳等特点限制，发生事故的概率较其他公路大。加之隧道长下坡，为控制车速，汽车行驶时，需频繁或长时间主动采取制动措施，易造成车辆制动器温度升高而引起制动失灵，从而导致交通事故发生。隧道事故易由小事故演变成灾难性事故，且救援困难。尤其隧道内的火灾事故，直接对隧洞安全运行带来威胁。对于隧道群的防灾救援设计多参考单体隧道的执行，缺乏针对性。

本文以乌东德水电站右岸对外交通为例，提出电子系统的布置方案、联动控制要求，最大限度达到快速辅助疏散、应急救援指挥、交通流量控制、防盗等作用，确保隧道群安全运行。