淺談大廣高速公路—黃龍帶隧道機(jī)電工程設(shè)計

錢經(jīng)緯, 楊順生

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

大廣高速公路是國家高速公路“7918工程”規(guī)劃網(wǎng)中從中國東北黑龍江省大慶市至中國南方廣東省廣州市的一條高速公路，該路線是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》縱向的第五條高速。黃龍帶隧道已經(jīng)通車并處于正常運(yùn)營期，該隧道是一條越嶺雙洞高速公路隧道，單洞長度約1.7 km。

1 隧道分級及機(jī)電工程配置

按交通部規(guī)范JTG/T D71-2014《公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范》確定黃龍帶隧道等級屬于A級，根據(jù)后續(xù)表格確定隧道機(jī)電設(shè)施配置。例如通風(fēng)與照明控制設(shè)施應(yīng)選VI檢測器、CO檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器和亮度檢測器；消防設(shè)施中必選滅火器，應(yīng)選消火栓與固定式水成膜泡沫滅火等消防設(shè)備。

2 隧道照明設(shè)計

黃龍帶隧道是一條分離式雙洞單向的公路隧道，為雙向六車道且設(shè)計行車速度為100 km/h，路基寬度是分離式15.25 m，隧道北端的洞門形式是臺階式，隧道南端的洞門形式是端墻式；隧道建筑界限：13 m×5 m，隧道為水泥路面。選定的照明設(shè)計年份為2025年且其設(shè)計交通量為每車道791輛/h。洞外的設(shè)計亮度取值是3 500 cd/m2。

2.1 照明標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計值

根據(jù)JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》和總體設(shè)計院關(guān)于隧道照明設(shè)計統(tǒng)一要求，該隧道照明設(shè)計的速度選取100 km/h，其中隧道照明分段和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 隧道照明分段和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)

2.2 燈具選擇及布置

隧道內(nèi)設(shè)計光源為LED。其中LED光源的光效不小于100 lm/W,色溫范圍4 000～4 500 K。黃龍帶隧道內(nèi)燈具選用LED隧道燈具；隧道外和引道照明設(shè)計為HPS道路燈具。各類燈具的設(shè)計防護(hù)等級是IP65。

2.3 照明控制

隧道內(nèi)：加強(qiáng)照明在白天時根據(jù)晴天、云天等基本天氣工況分回路分別控制；應(yīng)急照明24 h開啟；基本照明在兩個工況(白天和及上半夜)全部啟動，下半夜關(guān)閉1/3；人行橫通道燈通過兩端的人體感應(yīng)式開關(guān)進(jìn)行控制，并應(yīng)具備全自動的感應(yīng)特性，車輛駛?cè)胨淼罆r來開啟，車輛駛離隧道后延時自動關(guān)閉；在車行橫通道的單側(cè)配備照明控制箱，相對側(cè)配備照明按鈕盒，車行橫通道的燈具應(yīng)與防火卷簾門進(jìn)行聯(lián)動設(shè)計，以保證正常同時開啟，也須具備監(jiān)控室遠(yuǎn)程控制的基本功能。隧道外：引道照明夜間開啟，白天關(guān)閉。照明控制由隧道洞口變電所實現(xiàn)。

2.4 照明負(fù)荷分級

隧道應(yīng)急照明屬于特別重要的一級負(fù)荷；隧道基本照明屬于一級負(fù)荷；隧道加強(qiáng)照明屬于二級負(fù)荷；引道照明屬于三級負(fù)荷。

2.5 照明供配電

在黃龍帶隧道的起終點洞口位置分別設(shè)計了一座10 kV的變電所，負(fù)責(zé)隧道左右線引道和隧道一半長度的用電與其設(shè)備供電量。兩座變電所與隧道內(nèi)的供電電纜敷設(shè)在隧道行車方向右側(cè)的電纜溝內(nèi)。引道照明回路的電纜型號選用鎧裝鋁合金電纜0.6/1 kV-5×10，并由兩側(cè)的變電所分別進(jìn)行供配電。

在隧道左、右線距洞口10 m處設(shè)置照明配電箱。照明配電箱至隧道內(nèi)燈具回路電纜采用穿土建預(yù)埋管至洞頂敷設(shè)的線槽再通過金屬軟管接至各燈具；隧道照明配線采用TN-S系統(tǒng)配電，燈具三相交叉布置，使三相平衡，線路末端壓損按照不大于10 %；變電所EPS饋線柜至隧道內(nèi)應(yīng)急照明配電箱回路采用耐火鋁合金電纜；變電所中的饋線柜至隧道內(nèi)照明配電箱回路電纜材質(zhì)選用阻燃鋁合金；隧道內(nèi)照明配電箱與燈具之間的應(yīng)急照明回路電纜型號選用YJV/NH-1kV單芯；隧道內(nèi)照明配電箱至燈具的其余照明回路采用YJV/ZR-1kV單芯電纜；緊急停車帶、車行橫通道、人行橫通道照明電源從應(yīng)急照明干線回路引接；所有電線、電纜均采用銅芯、防蟻、防潮、防腐、抗老化型產(chǎn)品；電線、電纜截面按允許載流量選擇，按電壓損失、熱穩(wěn)定校驗。

2.6 防雷與接地

選用浪涌保護(hù)器于隧道配電箱內(nèi)進(jìn)行防雷保護(hù)。隧道行車方向右側(cè)的電纜溝內(nèi)敷設(shè)一根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼并保證所有的電纜支架應(yīng)與接地干線進(jìn)行焊接連接，同時與洞口電纜溝內(nèi)的預(yù)留接地端子(MEB)串聯(lián)，其實測接地電阻不應(yīng)大于10Ω。隧道內(nèi)的金屬線槽、燈具等金屬屬性的構(gòu)件應(yīng)同時連接至變電所接地體。

3 隧道通風(fēng)設(shè)計

黃龍帶隧道設(shè)置風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，目前在4 000 m長的隧道中，全射流通風(fēng)技術(shù)已經(jīng)成熟，因此該隧道中采用全射流通風(fēng)。

3.1 通風(fēng)設(shè)計計算

依據(jù)黃龍帶隧道的海拔高度、縱坡及其交通車輛構(gòu)成等參與，計算隧道在各設(shè)計年限中正常運(yùn)營條件時需要稀釋洞內(nèi)CO和煙霧并換氣，以去除異味等基本要求的隧道全長的需風(fēng)量，以此基礎(chǔ)綜合計算出了該隧道正常運(yùn)營最大計算風(fēng)量值及隧道內(nèi)的風(fēng)速值，采用全射流通風(fēng)理論最終計算確定了黃龍帶左右線隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)數(shù)值，具體計算結(jié)果如表2。

表2 黃龍帶隧道設(shè)計風(fēng)量與計算風(fēng)速

通過計算可知，射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)由火災(zāi)工況控制，黃龍帶隧道左線需要10臺，右線需要12臺。射流風(fēng)機(jī)每組應(yīng)配備兩臺，在隧道左線行車方向起點端設(shè)置2組且終點端設(shè)置3組，右線行車方向起點端設(shè)置3組且終點端亦為3組。

3.2 射流風(fēng)機(jī)選型及設(shè)置

黃龍帶隧道建筑限界與拱頂?shù)木嚯x較大，滿足安裝射流風(fēng)機(jī)的基本要求和條件，Φ1 120 mm型射流風(fēng)機(jī)已經(jīng)較為廣泛地運(yùn)用于我國公路隧道中，因此，進(jìn)行詳細(xì)比選確定設(shè)計中射流風(fēng)機(jī)的型號為Φ1 120 mm。射流風(fēng)機(jī)性能應(yīng)滿足表3的各項指標(biāo)要求。

3.3 風(fēng)機(jī)配電系統(tǒng)

(1)采用低壓電纜放射式與樹干式有機(jī)統(tǒng)一結(jié)合的綜合配電方式。37 kW及以上的風(fēng)機(jī)啟動方式采用軟啟動，除此之外則為直接啟動。

(2)射流風(fēng)機(jī)采用就地和中控室控制方式。在風(fēng)機(jī)安裝處設(shè)控制箱，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行起停操作。

(3)隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)、支架等均應(yīng)與隧道內(nèi)貫通接地母排可靠連接。

4 隧道消防設(shè)計

JTG/TD 71-2004《公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范》8.3.6條，黃龍帶隧道消防水量選取同一時間內(nèi)一次火災(zāi)考慮。消火栓用水量為20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時間4 h，消火栓消防用水量為288 m3/次。黃龍帶隧道消防平面布置圖如圖1。

表3 單臺射流風(fēng)機(jī)的實際性能

圖1 隧道消防平面布置

4.1 消防水源

黃龍帶隧道附近存在既有水源——黃龍帶水庫，水庫邊緣距離隧道起點端洞口約300 m。由于地下水量滿足要求，因此選用水源管井取地下水作為隧道的消防水源。其中深井潛水泵的設(shè)計安裝高程與高位水池最低水位的落差、管道水力損失(沿程與局部)和一定量富余水頭等條件計算出管井中深井潛水泵的揚(yáng)程值與流量。在實際運(yùn)營中，潛水泵的啟停由高位消防水池的水位變化進(jìn)行控制，高位水池的中液位儀數(shù)值需要在隧道洞口處的水位水泵控制箱中能明確讀出，以滿足消防操作人員能夠在定期檢查中確定運(yùn)營情況和在火災(zāi)發(fā)生時由水池的液位進(jìn)行遠(yuǎn)程控制深井潛水泵的啟停工況。

4.2 消防高位水池和揚(yáng)水管

隧道內(nèi)單次火災(zāi)的設(shè)計用水量為300 m3(包含消火栓和水成膜消防用水量)，高位水池工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計選用國家標(biāo)準(zhǔn)圖集中300 m3的矩形水池(由于山上矩形水池的擋土墻工程量明顯小于方形蓄水池?fù)跬翂こ塘浚虼诉x用矩形水池并根據(jù)實際情況確定長寬比)。高位水池中的最低有效水位應(yīng)滿足發(fā)生火災(zāi)時隧道內(nèi)最不利點處消火栓和水成膜泡沫系統(tǒng)的正常使用工況參數(shù)要求。

黃龍帶隧道消防揚(yáng)水管采用一根Φ88.9×5.0 (1.6 MPa)的加厚熱鍍鋅鋼管，下山采用兩根Φ168.3×4.5(1.0 MPa)的加厚鋼管，管徑的具體數(shù)值是根據(jù)流量，經(jīng)濟(jì)流速和管材經(jīng)濟(jì)性等原則綜合計算確定。管材選用加厚熱鍍鋅鋼管。

4.3 隧道洞口消防系統(tǒng)

在隧道起終點的洞口外行車方向右側(cè)路線外分別設(shè)置兩座水泵接合器，用于消防車補(bǔ)給消防管網(wǎng)的水量。在隧道起終點的洞口外行車方向右側(cè)設(shè)置室外消火栓，用于火災(zāi)時供給消防車取水用。隧道洞外消火栓用水量不應(yīng)小于20 L/s，其中15 L/s的流量就要求設(shè)置一組室外消火栓和水泵接合器。

隧道外消防管選用熱鍍鋅鋼管，在隧道洞口連接成環(huán)。盡量采用埋地鋪設(shè)管道，橫穿道路時增加管道保護(hù)措施(采用鋼套管)。在整個環(huán)狀消防管網(wǎng)系統(tǒng)的局部最低點處均設(shè)置泄水閥井(一般設(shè)置在洞外)，并與新建涵洞連接或向路基外散排，減少對路基邊坡的影響。

4.4 隧道內(nèi)消防系統(tǒng)

隧道內(nèi)消防管管材選用DN150的熱鍍鋅鋼管，管道連接方式為溝槽卡箍式柔性接頭J型連接，走向是沿檢修電纜溝敷設(shè)。隧道內(nèi)消防管道每間隔不過5個消防設(shè)備箱時應(yīng)于干管上設(shè)置一處檢修閥，檢修閥為常開狀態(tài)；隧道縱斷最高處設(shè)排氣閥，縱斷最低處設(shè)置排泥閥和排泥濕井。隧道行車方向右側(cè)間隔約45 m設(shè)置一處消防設(shè)備洞室，位置須和其它機(jī)電位置協(xié)調(diào)，但間隔不應(yīng)大于50 m。該隧道消防設(shè)備箱中配置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、水成膜泡沫滅火系統(tǒng)和2具滅火器(干粉滅火器和泡沫滅火器)。

5 體會與建議

5.1 隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋

隧道機(jī)電工程包含照明工程、通風(fēng)工程和消防工程等多個機(jī)電工程項目，因此在隧道土建施工時預(yù)留預(yù)埋的間距除了要滿足規(guī)范強(qiáng)條的要求，還需要相互協(xié)調(diào)以免交叉。因此需要先設(shè)計出隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋縱斷面布置圖，在作圖的過程中能詳盡考慮并確定各機(jī)電土建的具體位置和相互間的實際工程距離。

5.2 消防水源的選取

高速公路隧道消防水源有很多種方式，在隧道消防設(shè)計方案階段應(yīng)該去現(xiàn)場踏勘隧道樁號起終點的地形與地質(zhì)情況，根據(jù)比較確定最適宜的消防水源或進(jìn)行雙水源供水。在比選過程中將定量問題進(jìn)行定性處理，可融入SWOT的方法進(jìn)行詳細(xì)定量比選。

5.3 隧道機(jī)電工程設(shè)計規(guī)范不完善

由于涉及公路隧道機(jī)電工程的國家規(guī)范種類多樣，但沒有針對高速公路隧道機(jī)電工程的對應(yīng)性國家規(guī)范，因此在設(shè)計過程中需要交叉查閱并有一些互相矛盾的條文與規(guī)定。建議相關(guān)部委能盡快編制出臺針對高速公路隧道機(jī)電工程的相關(guān)設(shè)計規(guī)范及技術(shù)手冊，以期統(tǒng)一各類高速公路隧道機(jī)電工程中的基本設(shè)計參數(shù)。

[1] JTG /TD71-2014 公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50016-2006 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[3] 錢經(jīng)緯.大廣高速公路黃龍帶隧道消防系統(tǒng)設(shè)計[J].給水排水.2013,39(3):71-74.

[4] 錢經(jīng)緯. 高速公路隧道消防水源取水工程設(shè)計選取及應(yīng)用研究[J].給水排水.2014,40(7):74-78.