公路隧道机电设施耐久性浅析

刘文斌， 王 萍， 王超颖， 代东林， 周志鸿， 张 逸

(1.招商局重庆公路工程检测中心有限公司， 重庆 400067； 2.交通运输部路网监测与应急处置中心， 北京 100029)

截至2021年底，全国公路总里程达528.07万km。全国公路隧道达23 268座、里程24 698.9 km，从数量及里程上看，我国公路隧道规模世界第一[1]，其中公路隧道机电设施的运行状况和养护水平直接影响着公路的服务水平及运行安全。

1 国内公路隧道机电养护现状

根据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12—2015)(简称《规范》)[2]，公路隧道检查包括土建结构、机电设施及其他工程设施3个部分。对于机电设施，隧道养护人员应熟悉和掌握日常巡查和经常检修知识[3]。机电设施维护的专业性和系统性强，隧道机电养护工程师总体供给不足。据养护检查调研工作发现，机电专职养护工程师中只有30%为机电相关专业，机电方面的养护技术薄弱。在已配置有专业机电养护工程师的管养单位，所辖隧道机电设施也普遍存在以下情况：1) 照明灯具损坏，照明亮度不足；2) 风机无法正常开启，风机远程控制功能失效；3) 火灾报警设施主机易发故障，水消防供水管路阀门锈损、漏水、压力不足；4) 环境检测器数据不准确，摄像机故障损坏，紧急电话广播故障，监控室软件远程监控功能失效等问题，隧道内设施故障较普遍[3]。

为此，基于国家出台的机电产品质量相关标准规范，梳理公路隧道内机电设施的大修情况及使用寿命情况，并结合我国公路隧道养护现状及笔者近年来参与的隧道机电设施监督检查，对管养单位作进一步调研，思考解决我国公路隧道机电设施养护工作中面临的问题，进而更好地提升隧道内机电设备的完好率和可靠性。

2 公路隧道机电设施问题统计分析

公路隧道交通工程与附属设施配置一般根据预测交通量统筹配置，可分期实施[4-6]，预埋件按远期配置。近年来，笔者共收集统计61座长大隧道机电设施定期检查成果，如表1所示，其中机电设施技术状况评定依据《国家公路网重点桥梁和隧道监测评价规程》(T/CECS G：E41-04—2019)(简称《规程》)。

由表1可知，机电设施各系统均存在不同程度的问题，其中供配电设施、照明设施总体情况较好，消防设施和通风设施问题比较严重，监控与通信设施问题尤其严重[7-8]。将隧道技术状况各分部设施中状况值为3和4的设施进行统计，梳理出机电设施故障率排名前10的设施或系统，发现故障率超过50%的设施有7项，如图1所示。故障设施主要为检测设备，其故障率高，致使管养单位无法根据监测数据管控隧道，严重影响隧道运行安全。横通道门为消防设施，若这类设施发生故障，隧道内一旦突发火灾事故后，难以确保驾乘人员安全逃生，阻隔有害烟气，危及运营安全。现场调研还发现，其中有5座隧道机电设施改造2年～5年，极有可能是隧道内机电设施产品型号及质量参差不齐，难以适应隧道环境[9]。

表1 61座公路隧道机电设施定期检查统计

图1 机电设施中高故障率设施

按照《规程》，隧道机电设施定期检修评定为3类或4类时，表明机电设施功能已有较严重丧失，需对相关设施进行更换或改造。将评定为3类或4类隧道的分部设施进行统计，梳理出其中技术状况较差(分部设施状况值为3或4)的分部设施，如图2所示。由图2可知，在3类或4类隧道中，问题主要集中在照明设施、通风设施、消防设施、监控设施。其中在3类隧道中，分部设施状况值评定为4的占比分别为42.9%、60.0%、46.2%、87.5%；4类隧道中，分部设施状况值评定为4的占比分别为33.3%、50.0%、100%、100%，由此发现，在技术状况较差的隧道内，监控与通信设施、通风设施、消防设施均存在严重问题，特别是消防设施、监控与通信设施问题更为突出。

综上分析可知，当前我国公路长大隧道机电设施故障率普遍较高，其中尤以检测类设备故障问题比较突出。

3 机电设施大修情况分析

对公路隧道机电设施的大修情况进行了问卷调研，同时收集国外主要国家和其他行业隧道相关经验和典型事故案例，分析公路隧道内机电设施存在的突出问题。通过整理共梳理出19份有效的调研问卷，统计了高压柜、隧道灯具、射流风机、光纤火灾探测器主机以及一氧化碳检测器等40项关键机电设施大修情况。其中，以设备维修费用大于更换费用1/3作为设备大修的标准，将其中大修设施的数量占比超过30%的机电设备进行汇总，如图3所示[10]。

(a) 3类隧道

(b) 4类隧道

图3 隧道内开展过大修的机电设施

从图3可以看出，机电设施大修主要集中于隧道消防设施和监控设施，特别是弱电设施，如感温光纤、光纤火灾探测器主机、光纤光栅、光纤光栅火灾探测器主机、双波长火焰探测器及其主机等火灾自动报警类设施及亮度检测器、风速检测仪、能见度检测器和一氧化碳检测器等隧道环境监测类设施。UPS和EPS大修主要是更换蓄电池。

图3统计数据显示，隧道灯具、水成膜泡沫灭火装置、UPS、紧急电话、光栅光纤等5类机电设施的大修隧道座数占比高达50%及以上。其中，隧道灯具大修隧道座数占比最高，主因是近年来交通运输部开展面向隧道照明系统和通风系统的提质升级工作，即管养单位积极推广应用LED照明节能灯具，对隧道内能耗较高的高压钠灯进行更换，实施了隧道灯具大修或专项工程，同时隧道LED照明灯具在投入使用5年～6年后，光衰比较显著，管养单位根据照明亮度下降程度及时完成了照明灯具的大修。

对统计内隧道进一步分析，将机电设施首次大修距投入使用时间间隔小于8年的机电设施进行梳理，按照由短到长进行统计分析，如图4所示，找出易损设施[11]。

图4 首次大修距投入使用时间间隔的平均值

从图4可以看出，水成膜泡沫灭火装置、消火栓、人通门、车通门、水泵、紧急电话等6项机电设施的首次大修距投入使用时间间隔平均值小于6年，除紧急电话外其余5项机电设施均属于消防设施。结合表1，发现水成膜泡沫灭火装置、消火栓、车通门和紧急电话大修占比高(>40%)且首次大修距投入使用时间短(<6年)，是大修最为频繁的隧道机电设施，故障类型有泡沫液和消防水混合器功能失效，消防卷盘、消防水带及胶管变形损坏，消防管道阻塞或漏水，阀门锈蚀，卷帘门积尘积锈，紧急电话机内主板损坏和长距离通信链路故障等。此外，有线广播、电光标志、隧道灯具、PLC、摄像机、UPS、EPS以及火灾自动报警类设施的大修也相对比较频繁(大修占比30%～40%且使用时间间隔6年～8年)[12]。

4 公路隧道机电设施故障成因分析

机电设施的维护不同于土建结构的养护，机电设施门类繁多，其维护要具体到各系统各单元的检查，其工作量大、专业面广、强度大、难度高。通过查看日常管养工作记录，长大隧道管养单位基本能够按照《规范》要求开展日常维护，同时也发现部分隧道在建设期或改造阶段采用成本较高质量较好的设施，在运营10年～20年后，在基本的保养下仍能保障设施功能的良好运行。除养护不及时导致机电设施使用寿命较短外，机电设施标准不明、环境适应性不强、使用维护专业性不足[13-15]，也是故障的主要原因。

4.1 机电设施标准不明确

机电设施前期选购和安装，在新建和养护中均会涉及，设施选择好坏、优劣直接导致设施使用寿命，现阶段的机电设施使用寿命及产品质量的评价标准尚属空白。在建设期，建设企业因为考虑成本问题，机电设施只需满足功能需求，产品的耐久性和质量的可靠性往往被忽视，导致一些设施在使用几年后很快出现功能故障问题。同时运营管理单位受养护改造费用的限制，采购机电设备的产品质量水平参差不齐，长期使用这样的设备不仅会危及隧道的运营安全，还会影响公司的效益。

4.2 机电设施环境适应性不强

隧道为半封闭管状地下结构，空间相对封闭且狭长，其内部环境本身较为复杂，主要表现为汽车尾气油污、隧道渗漏水导致的环境潮湿、运营过程中的灰尘、长期高风压作用以及行车振动等。现有隧道内绝大部分机电设施使用环境并未考虑隧道内高油污、高振动、潮湿、高风压等环境，导致隧道内机电设施在运营不久便丧失使用功能，直接影响隧道运营安全。

4.3 机电设施使用维护专业性不足

机电设施管理系统多、专业性强，需要较丰富的专业理论知识作为指导。隧道机电设施管养涵盖了交通工程的强、弱电系统，系统集成化程度、技术含量较高，需要养护人员具有较高的专业技术能力，有些设施设备在日常工作中应用率低，出现故障时不易被发现，维修难度大，同时受薪资待遇不高影响，现在管养单位中的机电设施养护管理人员学历整体偏低，对于设施使用管理中的专业理论知识掌握不够，对需要维修和报废的机电设施不能采取针对性措施。

5 结论和建议

通过对61座运营隧道的机电设施统计分析，受各种因素影响，当前公路隧道内的部分机电设施的故障率较高，耐久性不够，难以长时间服役，严重影响隧道安全运营，危及交通安全。为此，提出以下改善建议：

1) 完善机电产品质量标准体系。不断强化完善机电产品质量管理体系，明确隧道内产品使用寿命，并在设计、施工、验收等环节中严格落实相关质量标准。

2) 加强产品质量源头管理。把好机电产品的入口，做好取样、检测和监督工作，避免不符合质量标准的产品进入隧道使用。

3) 提高机电养护人员专业素养。加强对机电养护专业技术人员的业务培训和考核力度，增加实践操作考核，不断提升业务水平。

4) 推进隧道养护专业化承包。鼓励并引导专业化养护单位承担公路隧道养护工作，提升公路隧道机电设施的养护水平。