隧道机电系统安装方案优化

2023-02-15曹少玮

工程建设与设计 2023年2期

曹少玮

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，石家庄 050600）

1 引言

因隧道半封闭环境的影响，导致隧道发生事故后常常难以开展救援行动，对交通通行造成较大影响，甚至使隧道某一路段出现瘫痪[1]。为降低事故率，避免因为救援不及时或不恰当等出现二次事故，必须综合各影响隧道机电项目的因素进行考虑，深入研究隧道当前机电系统存在的问题并相应给出解决方法，以进一步完善隧道机电的设计方案，确保隧道有效运营。

2 设备安装施工

2.1 光、电缆线路工程

一般情况下光、电缆线路包含较多内容，如电力、信号等。

在光、电缆铺设之前需做足各项准备工作，包括提前进行管道的疏通工作以确保顺利敷设等。具体如下[2]：

1）疏通管道。根据图1所示备足清洗管道的各项工具。

图1 疏通管道施工示意图

为避免造成后续各项工作的困扰，在管道疏通之前应固定各部位的物件，防止物件脱落。在管道清洗时需先将铁线放好，为铺设工作做足准备。

2）光、电缆敷设。在敷设光、电缆之前需根据线缆端别，按照方案中的方向以及顺序进行敷设；需将牵引网固定好，避免施工时脱落以至于影响到后续工作，需引出光缆加强芯并连接铁线，在敷设的一侧放置光缆盘，根据要求需将井口滑轮安装到光、电缆的入口处，并相应在入管处设置铁瓦以进行保护。敷设管道时，需确保井内全程都有施工人员进行协调指挥，在电缆的入口处也需将铁瓦设置到受力方以进行保护，具体如图2所示。各施工人员需听从指挥中心的调度，用力拉拽线缆，以分散其阻力。在铁线出井或者管道时，也需要相应添加铁瓦以作为保护措施。在牵引电缆时，需配备施工人员数量应≥6人，确保每人约有约300 N（30 kg）的拉力，以5~15 m/min的速度牵引前进，牵引时需要匀速进行。在完成光、电缆的敷设之后，各盘线缆均需朝敷设方向预留一定的缆线，具体长度根据图纸要求而定。

图2 光、电缆敷设保护示意图

3）光、电缆固定。敷设完各线缆后，需要通过人工的方式在相应的电缆支架上放置每个人孔中的余缆，对于侧井架上的余缆，需要通过细铁丝进行绑扎并系牢。绑扎铁线时不可用力过猛，以避免对线缆造成损伤。在未接续人孔中的光、电缆之前，应采用防水胶带将其包好，并放置到电缆支架中，需避免两边余留的线缆出现缠绕。电力电缆的接续如图3所示，完成接续后，需要按顺序将两边余留的线缆放置到电缆支架上，并通过铁线进行绑扎，此外，各线缆的接头也需要在支架上进行固定，电力电缆终端的制作工艺如图4所示。对于各井内已经完成敷设的线缆需挂牌标识。

图3 电力电缆接续施工流程示意图

图4 电力电缆终端施工流程图

2.2 风机设施

2.2.1 施工准备

施工前，需对各施工人员的相关知识进行培训，并对各施工机具进行检查，确保状态良好且各材料均准备就绪。在风机到达施工现场后，需检查器型号和规格，确保合格后才可开展下一步工作。明确需要安装风机的位置，确保风机在指定位置进行安装。拆装风机，测定其绝缘性能，确保满足要求[3]。

2.2.2 预埋件的焊接和静载试验

检查预埋件是否符合设计要求，包括数量和位置等。从现有研究可知，机电施工时预埋件对其有较大影响[4]。具体施工时，应确保风机预埋件的安装偏差符合要求。在风机支架焊接过程中，应对焊缝高度进行控制以确保其符合要求，且应保持焊缝的平滑。而在开展静载试验时，因为其破坏性较强，一般情况下需设置10 min的试验时间，试验时需通过目测的方法检查预埋件等是否出现变形，若运作正常，即表示顺利完成了静载实验。

2.2.3 风机安装就位

风机安装前，需对各项参数进行检查，确保其满足要求。需通过两个5 t的手拉倒链安装风机，在吊钩中挂上各倒链的一端，在射流风机起吊钩上挂倒链的另一端。在具体安装时，将两台作业车安排到风机两侧，并安排两人跟车拉拽倒链，以确保风机起吊到指定位置，并在地面上安排3名施工人员，其中的两名负责移动和固定架子车，一名负责指挥协调，以便起吊时风机的稳定性[5]。通风设施施工流程图如图5所示。

图5 通风设施施工流程图

3 优化分析

以某高速公路为研究背景。在该高速公路中，主要的通行车辆为重型货车，且有较大的车流量。对该高速公路全线机电设备进行优化，使其安全性和舒适性更高。

3.1 隧道内行车横洞监控图像优化

基于相关要求，一般情况下隧道内固定摄像机应按照150 m的间隔进行设置，以确保隧道内有监控全覆盖。但固定摄像机缺乏远程控制等功能，并且无法采集紧急停车带和车行横洞的图像。若隧道内部有交通事故发生，在车型横洞启用之前，必须实时监控其内部和周边的交通情况，以避免二次事故的出现。在背景隧道的优化中，将1台云台摄像机安装到紧急停车带面向车行横洞处，并联动控制车行横洞的卷帘门。在云台摄像机中设置两个值守位置，并提前进行焦距的设置。其中，值守位置1设在紧急停车带，值守位置2设在车行横洞卷帘门。

云台摄像机一般保持在值守位置1，主要监控紧急停车带的车辆，若隧道内的行驶车辆出现爆胎等情况，则监控处可以及时得到现场情况并通知救援。为确保及时有效地获取异常情况，还在隧道中设置了视频事件检测分析，只要紧急停车带监控位置有车辆或者人员进入，视频事件检测分析软件就会进行监控图像的录制并发出警报。若遇到特殊状况，在操作车行横洞卷帘门时，云台摄像机会自动切换到值守位置2，以对车行横洞的具体情况进行监控。若有重大事故出现，需使用车行横洞疏散车辆或人员时，监控中心可基于现场情况进行协调指挥，因此，实时监控车行横洞的行为非常有必要。若未使用车行横洞，则云台摄像机会自动转回值守位置1。

3.2 通信光缆优化

背景隧道采用的是双光缆，包括监控系统通信光缆以及主干通信光缆。该方案可减少熔接点数量，降低衰减率，通信质量更高。从文献[6]可知，隧道监控的通信系统有一定的重要性，但原方案里设置了1根36芯的外场通信光缆，以用于传输包含该隧道在内6座隧道的有关监控业务。但从现场的勘察结果可以看出，36芯的通信光缆无法满足相关监控需要。经现场调研，决定增设一根相同的光缆，将其中的两座隧道单独分开，以确保各隧道的监控图像可以有效进行传输，且预留一定的备用通信通道，以满足后续升级的需要。

3.3 隧道监控图像传输方案优化

在该隧道的原有设计方案里，共设置了监控中心A和管理站B，分别对10座隧道的监控内容进行管理。监控中心A主要对6座隧道进行日常监管，管理站B主要管理4座隧道的监控。但在具体操作时，出现分段管理的方法导致信息沟通不畅，在执行监控指令时有所延迟等情况。

综合各因素进行考虑，决定将管理站B的任务交付到监控中心A中进行统一的管理，并优化图像的传输方案。原有的STM-4接入网宽带参数为622M，其中的隧道监控数据仅有200M，如图6所示。但将管理站B的图像传输至监控中心A时需要约400M的宽带，原有方案难以符合要求。因此，决定增设一条STM-4光线路板，如图7所示，一方面用于图像传输的监控，另一方面用于保护原接入网的环网。