公路隧道機電設(shè)施耐久性淺析

劉文斌， 王 萍， 王超穎， 代東林， 周志鴻， 張 逸

(1.招商局重慶公路工程檢測中心有限公司， 重慶 400067； 2.交通運輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心， 北京 100029)

截至2021年底，全國公路總里程達(dá)528.07萬km。全國公路隧道達(dá)23 268座、里程24 698.9 km，從數(shù)量及里程上看，我國公路隧道規(guī)模世界第一[1]，其中公路隧道機電設(shè)施的運行狀況和養(yǎng)護(hù)水平直接影響著公路的服務(wù)水平及運行安全。

1 國內(nèi)公路隧道機電養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀

根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG H12—2015)(簡稱《規(guī)范》)[2]，公路隧道檢查包括土建結(jié)構(gòu)、機電設(shè)施及其他工程設(shè)施3個部分。對于機電設(shè)施，隧道養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)熟悉和掌握日常巡查和經(jīng)常檢修知識[3]。機電設(shè)施維護(hù)的專業(yè)性和系統(tǒng)性強，隧道機電養(yǎng)護(hù)工程師總體供給不足。據(jù)養(yǎng)護(hù)檢查調(diào)研工作發(fā)現(xiàn)，機電專職養(yǎng)護(hù)工程師中只有30%為機電相關(guān)專業(yè)，機電方面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)薄弱。在已配置有專業(yè)機電養(yǎng)護(hù)工程師的管養(yǎng)單位，所轄隧道機電設(shè)施也普遍存在以下情況：1) 照明燈具損壞，照明亮度不足；2) 風(fēng)機無法正常開啟，風(fēng)機遠(yuǎn)程控制功能失效；3) 火災(zāi)報警設(shè)施主機易發(fā)故障，水消防供水管路閥門銹損、漏水、壓力不足；4) 環(huán)境檢測器數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，攝像機故障損壞，緊急電話廣播故障，監(jiān)控室軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控功能失效等問題，隧道內(nèi)設(shè)施故障較普遍[3]。

為此，基于國家出臺的機電產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，梳理公路隧道內(nèi)機電設(shè)施的大修情況及使用壽命情況，并結(jié)合我國公路隧道養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀及筆者近年來參與的隧道機電設(shè)施監(jiān)督檢查，對管養(yǎng)單位作進(jìn)一步調(diào)研，思考解決我國公路隧道機電設(shè)施養(yǎng)護(hù)工作中面臨的問題，進(jìn)而更好地提升隧道內(nèi)機電設(shè)備的完好率和可靠性。

2 公路隧道機電設(shè)施問題統(tǒng)計分析

公路隧道交通工程與附屬設(shè)施配置一般根據(jù)預(yù)測交通量統(tǒng)籌配置，可分期實施[4-6]，預(yù)埋件按遠(yuǎn)期配置。近年來，筆者共收集統(tǒng)計61座長大隧道機電設(shè)施定期檢查成果，如表1所示，其中機電設(shè)施技術(shù)狀況評定依據(jù)《國家公路網(wǎng)重點橋梁和隧道監(jiān)測評價規(guī)程》(T/CECS G：E41-04—2019)(簡稱《規(guī)程》)。

由表1可知，機電設(shè)施各系統(tǒng)均存在不同程度的問題，其中供配電設(shè)施、照明設(shè)施總體情況較好，消防設(shè)施和通風(fēng)設(shè)施問題比較嚴(yán)重，監(jiān)控與通信設(shè)施問題尤其嚴(yán)重[7-8]。將隧道技術(shù)狀況各分部設(shè)施中狀況值為3和4的設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)計，梳理出機電設(shè)施故障率排名前10的設(shè)施或系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)故障率超過50%的設(shè)施有7項，如圖1所示。故障設(shè)施主要為檢測設(shè)備，其故障率高，致使管養(yǎng)單位無法根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)管控隧道，嚴(yán)重影響隧道運行安全。橫通道門為消防設(shè)施，若這類設(shè)施發(fā)生故障，隧道內(nèi)一旦突發(fā)火災(zāi)事故后，難以確保駕乘人員安全逃生，阻隔有害煙氣，危及運營安全?，F(xiàn)場調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，其中有5座隧道機電設(shè)施改造2年～5年，極有可能是隧道內(nèi)機電設(shè)施產(chǎn)品型號及質(zhì)量參差不齊，難以適應(yīng)隧道環(huán)境[9]。

表1 61座公路隧道機電設(shè)施定期檢查統(tǒng)計

圖1 機電設(shè)施中高故障率設(shè)施

按照《規(guī)程》，隧道機電設(shè)施定期檢修評定為3類或4類時，表明機電設(shè)施功能已有較嚴(yán)重喪失，需對相關(guān)設(shè)施進(jìn)行更換或改造。將評定為3類或4類隧道的分部設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)計，梳理出其中技術(shù)狀況較差(分部設(shè)施狀況值為3或4)的分部設(shè)施，如圖2所示。由圖2可知，在3類或4類隧道中，問題主要集中在照明設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、消防設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施。其中在3類隧道中，分部設(shè)施狀況值評定為4的占比分別為42.9%、60.0%、46.2%、87.5%；4類隧道中，分部設(shè)施狀況值評定為4的占比分別為33.3%、50.0%、100%、100%，由此發(fā)現(xiàn)，在技術(shù)狀況較差的隧道內(nèi)，監(jiān)控與通信設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、消防設(shè)施均存在嚴(yán)重問題，特別是消防設(shè)施、監(jiān)控與通信設(shè)施問題更為突出。

綜上分析可知，當(dāng)前我國公路長大隧道機電設(shè)施故障率普遍較高，其中尤以檢測類設(shè)備故障問題比較突出。

3 機電設(shè)施大修情況分析

對公路隧道機電設(shè)施的大修情況進(jìn)行了問卷調(diào)研，同時收集國外主要國家和其他行業(yè)隧道相關(guān)經(jīng)驗和典型事故案例，分析公路隧道內(nèi)機電設(shè)施存在的突出問題。通過整理共梳理出19份有效的調(diào)研問卷，統(tǒng)計了高壓柜、隧道燈具、射流風(fēng)機、光纖火災(zāi)探測器主機以及一氧化碳檢測器等40項關(guān)鍵機電設(shè)施大修情況。其中，以設(shè)備維修費用大于更換費用1/3作為設(shè)備大修的標(biāo)準(zhǔn)，將其中大修設(shè)施的數(shù)量占比超過30%的機電設(shè)備進(jìn)行匯總，如圖3所示[10]。

(a) 3類隧道

(b) 4類隧道

圖3 隧道內(nèi)開展過大修的機電設(shè)施

從圖3可以看出，機電設(shè)施大修主要集中于隧道消防設(shè)施和監(jiān)控設(shè)施，特別是弱電設(shè)施，如感溫光纖、光纖火災(zāi)探測器主機、光纖光柵、光纖光柵火災(zāi)探測器主機、雙波長火焰探測器及其主機等火災(zāi)自動報警類設(shè)施及亮度檢測器、風(fēng)速檢測儀、能見度檢測器和一氧化碳檢測器等隧道環(huán)境監(jiān)測類設(shè)施。UPS和EPS大修主要是更換蓄電池。

圖3統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，隧道燈具、水成膜泡沫滅火裝置、UPS、緊急電話、光柵光纖等5類機電設(shè)施的大修隧道座數(shù)占比高達(dá)50%及以上。其中，隧道燈具大修隧道座數(shù)占比最高，主因是近年來交通運輸部開展面向隧道照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的提質(zhì)升級工作，即管養(yǎng)單位積極推廣應(yīng)用LED照明節(jié)能燈具，對隧道內(nèi)能耗較高的高壓鈉燈進(jìn)行更換，實施了隧道燈具大修或?qū)ｍ椆こ蹋瑫r隧道LED照明燈具在投入使用5年～6年后，光衰比較顯著，管養(yǎng)單位根據(jù)照明亮度下降程度及時完成了照明燈具的大修。

對統(tǒng)計內(nèi)隧道進(jìn)一步分析，將機電設(shè)施首次大修距投入使用時間間隔小于8年的機電設(shè)施進(jìn)行梳理，按照由短到長進(jìn)行統(tǒng)計分析，如圖4所示，找出易損設(shè)施[11]。

圖4 首次大修距投入使用時間間隔的平均值

從圖4可以看出，水成膜泡沫滅火裝置、消火栓、人通門、車通門、水泵、緊急電話等6項機電設(shè)施的首次大修距投入使用時間間隔平均值小于6年，除緊急電話外其余5項機電設(shè)施均屬于消防設(shè)施。結(jié)合表1，發(fā)現(xiàn)水成膜泡沫滅火裝置、消火栓、車通門和緊急電話大修占比高(>40%)且首次大修距投入使用時間短(<6年)，是大修最為頻繁的隧道機電設(shè)施，故障類型有泡沫液和消防水混合器功能失效，消防卷盤、消防水帶及膠管變形損壞，消防管道阻塞或漏水，閥門銹蝕，卷簾門積塵積銹，緊急電話機內(nèi)主板損壞和長距離通信鏈路故障等。此外，有線廣播、電光標(biāo)志、隧道燈具、PLC、攝像機、UPS、EPS以及火災(zāi)自動報警類設(shè)施的大修也相對比較頻繁(大修占比30%～40%且使用時間間隔6年～8年)[12]。

4 公路隧道機電設(shè)施故障成因分析

機電設(shè)施的維護(hù)不同于土建結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)，機電設(shè)施門類繁多，其維護(hù)要具體到各系統(tǒng)各單元的檢查，其工作量大、專業(yè)面廣、強度大、難度高。通過查看日常管養(yǎng)工作記錄，長大隧道管養(yǎng)單位基本能夠按照《規(guī)范》要求開展日常維護(hù)，同時也發(fā)現(xiàn)部分隧道在建設(shè)期或改造階段采用成本較高質(zhì)量較好的設(shè)施，在運營10年～20年后，在基本的保養(yǎng)下仍能保障設(shè)施功能的良好運行。除養(yǎng)護(hù)不及時導(dǎo)致機電設(shè)施使用壽命較短外，機電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不明、環(huán)境適應(yīng)性不強、使用維護(hù)專業(yè)性不足[13-15]，也是故障的主要原因。

4.1 機電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不明確

機電設(shè)施前期選購和安裝，在新建和養(yǎng)護(hù)中均會涉及，設(shè)施選擇好壞、優(yōu)劣直接導(dǎo)致設(shè)施使用壽命，現(xiàn)階段的機電設(shè)施使用壽命及產(chǎn)品質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)尚屬空白。在建設(shè)期，建設(shè)企業(yè)因為考慮成本問題，機電設(shè)施只需滿足功能需求，產(chǎn)品的耐久性和質(zhì)量的可靠性往往被忽視，導(dǎo)致一些設(shè)施在使用幾年后很快出現(xiàn)功能故障問題。同時運營管理單位受養(yǎng)護(hù)改造費用的限制，采購機電設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量水平參差不齊，長期使用這樣的設(shè)備不僅會危及隧道的運營安全，還會影響公司的效益。

4.2 機電設(shè)施環(huán)境適應(yīng)性不強

隧道為半封閉管狀地下結(jié)構(gòu)，空間相對封閉且狹長，其內(nèi)部環(huán)境本身較為復(fù)雜，主要表現(xiàn)為汽車尾氣油污、隧道滲漏水導(dǎo)致的環(huán)境潮濕、運營過程中的灰塵、長期高風(fēng)壓作用以及行車振動等。現(xiàn)有隧道內(nèi)絕大部分機電設(shè)施使用環(huán)境并未考慮隧道內(nèi)高油污、高振動、潮濕、高風(fēng)壓等環(huán)境，導(dǎo)致隧道內(nèi)機電設(shè)施在運營不久便喪失使用功能，直接影響隧道運營安全。

4.3 機電設(shè)施使用維護(hù)專業(yè)性不足

機電設(shè)施管理系統(tǒng)多、專業(yè)性強，需要較豐富的專業(yè)理論知識作為指導(dǎo)。隧道機電設(shè)施管養(yǎng)涵蓋了交通工程的強、弱電系統(tǒng)，系統(tǒng)集成化程度、技術(shù)含量較高，需要養(yǎng)護(hù)人員具有較高的專業(yè)技術(shù)能力，有些設(shè)施設(shè)備在日常工作中應(yīng)用率低，出現(xiàn)故障時不易被發(fā)現(xiàn)，維修難度大，同時受薪資待遇不高影響，現(xiàn)在管養(yǎng)單位中的機電設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理人員學(xué)歷整體偏低，對于設(shè)施使用管理中的專業(yè)理論知識掌握不夠，對需要維修和報廢的機電設(shè)施不能采取針對性措施。

5 結(jié)論和建議

通過對61座運營隧道的機電設(shè)施統(tǒng)計分析，受各種因素影響，當(dāng)前公路隧道內(nèi)的部分機電設(shè)施的故障率較高，耐久性不夠，難以長時間服役，嚴(yán)重影響隧道安全運營，危及交通安全。為此，提出以下改善建議：

1) 完善機電產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。不斷強化完善機電產(chǎn)品質(zhì)量管理體系，明確隧道內(nèi)產(chǎn)品使用壽命，并在設(shè)計、施工、驗收等環(huán)節(jié)中嚴(yán)格落實相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2) 加強產(chǎn)品質(zhì)量源頭管理。把好機電產(chǎn)品的入口，做好取樣、檢測和監(jiān)督工作，避免不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進(jìn)入隧道使用。

3) 提高機電養(yǎng)護(hù)人員專業(yè)素養(yǎng)。加強對機電養(yǎng)護(hù)專業(yè)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和考核力度，增加實踐操作考核，不斷提升業(yè)務(wù)水平。

4) 推進(jìn)隧道養(yǎng)護(hù)專業(yè)化承包。鼓勵并引導(dǎo)專業(yè)化養(yǎng)護(hù)單位承擔(dān)公路隧道養(yǎng)護(hù)工作，提升公路隧道機電設(shè)施的養(yǎng)護(hù)水平。