高速公路隧道工程中的車輛檢測器安裝問題探討

魏俊

（江西方興科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在高速公路機電工程中，車輛檢測器是常見的公路監(jiān)控設(shè)施，也是高速公路各種運行數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計的重要設(shè)備，車輛檢測器廣泛應(yīng)用于高速公路收費、監(jiān)控、智能交通、停車等領(lǐng)域，其所采集到的數(shù)據(jù)主要通過傳輸線路傳輸至監(jiān)控中心端，為保證車輛檢測器安裝質(zhì)量，必須對安裝位置，線槽切割及線圈敷設(shè)等施工要點問題進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1 工程概況

某高速公路起訖樁號K232+400—K240+000 段的隧道長7.6km，隧道一期監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要在隧洞兩頭分別增設(shè)兩套微波車輛檢測器，二期監(jiān)控系統(tǒng)則主要在隧道內(nèi)布置40 套線圈車輛檢測器，共同進(jìn)行隧道內(nèi)外車輛行駛速度、運行狀況、通過狀態(tài)等的檢測與監(jiān)控，并在惡劣天氣條件下仍可表現(xiàn)出優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控性能，避免隧道內(nèi)外交通事故的發(fā)生。該高速公路隧道一期微波車輛檢測器安裝施工從2020年8月開始，為確保整個機電工程性能的順利發(fā)揮，必須首先保證微波車輛檢測器施工質(zhì)量。

2 車輛檢測器安裝調(diào)試

2.1 設(shè)備基礎(chǔ)施工

應(yīng)用GPS和水準(zhǔn)儀等進(jìn)行車輛檢測器設(shè)備安裝的基礎(chǔ)位置確定，并確定路肩尺寸、標(biāo)高，通過石灰粉將擬開挖范圍標(biāo)出，采用挖掘機開挖基坑，結(jié)束后夯實基坑底部并進(jìn)行基坑尺寸和標(biāo)高復(fù)核。該公路機電工程車輛檢測器基礎(chǔ)采用?8 和?12mm 兩種徑號鋼筋，長1 100mm、寬900mm 的箍筋按照220mm 間距共設(shè)置6圈，接頭處留出50mm長度；長1 160mm的?12mm豎筋按照225mm 間距設(shè)置，共設(shè)置18 根；法蘭盤加強筋則采用2 根長度分別為960mm 的?12mm 鋼筋，并按照220mm 間距設(shè)置。以上鋼筋綁扎施工過程中必須嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行，并在使用前檢查鋼筋是否存在生銹腐蝕等情況。

在車輛檢測器基礎(chǔ)施工時，預(yù)埋法蘭盤長600mm、寬400mm、厚20mm，1 根法蘭盤配備4 根M20×800mm型地腳螺栓，法蘭盤預(yù)埋安裝時必須保證水平度、標(biāo)高、橫縱向尺寸、與公路中心線夾角等均滿足設(shè)計要求；應(yīng)同時確保預(yù)埋螺栓垂直度、橫縱向尺寸及間距、超出地面標(biāo)高等參數(shù)取值。此外，還應(yīng)通過水平尺丈量鋼筋上所安裝的預(yù)埋法蘭盤尺寸及位置，通過鋼管加工上吊固定件進(jìn)行法蘭盤固定。基礎(chǔ)內(nèi)還應(yīng)預(yù)留1根40mm×4mm的鍍鋅扁鋼保護(hù)接地，一頭焊接于預(yù)埋法蘭盤底端，并將焊接面面積控制在扁鋼寬度的2倍及以上；另一頭從模板下方伸出基礎(chǔ)之外，和后續(xù)接地極滿焊。

以厚度12mm 的防水木膠合板為模板，同時采用長50mm、寬100mm 的木質(zhì)龍骨，在模板表面均勻涂抹脫模劑，全面檢查模板和龍骨質(zhì)量，然后自下而上進(jìn)行安裝。支模長1 200mm、寬1 000mm、高1 200mm，木質(zhì)龍骨背楞間距也必須滿足相關(guān)規(guī)范要求。

澆筑C20 混凝土，澆筑施工按照3～5 層分層振搗，以保證澆筑施工質(zhì)量，每層設(shè)置的振搗點至少為5 點，且為檢測澆筑質(zhì)量，還應(yīng)在澆筑后試制混凝土試塊，按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗壓強度試驗。澆筑結(jié)束48h 后拆模，并全面清理模板材料及雜物后覆蓋土工布、灑水養(yǎng)生。養(yǎng)生后應(yīng)將基坑、溝槽內(nèi)積水抽出，按照200mm 層高分層回填并夯實。

2.2 接地極施工

接地極使用L50mm×50mm×5mm 角鋼及40mm×4mm扁鋼，兩者均為熱鍍鋅材料。將角鋼接地極按照5m 及以上間距垂直埋入地下，在焊接時扁鋼和扁鋼搭接寬度應(yīng)不小于扁鋼材料寬度的2倍，三面焊接；圓鋼和圓鋼的搭接寬度應(yīng)不小于圓鋼直徑的6倍，雙面焊接；扁鋼和圓鋼的焊接寬度則應(yīng)不小于圓鋼直徑的6倍，也是雙面焊接。以上焊接過程必須保證焊縫飽滿，且焊接處不存在虛焊、夾渣、氣泡及咬邊等問題。焊接完成后檢測接地電阻，并將接地電阻聯(lián)合值控制在1Ω 以上。完成接地極施工后，還應(yīng)進(jìn)行電阻值檢測，并在原接地裝置上按照5m 間隔加裝1 根角鋼接地極，并同時采用圓鋼或扁鋼焊接，直至符合設(shè)計電阻值。

2.3 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.3.1 微波車輛檢測器技術(shù)參數(shù)

微波車輛檢測器長85mm、寬74mm、高36mm，工作最大濕度不超過95%，儲存溫度和運行環(huán)境溫度分別為-40～85℃、-20～65℃，工作電源可在 AC220V、AC110V、AD/DC24V、AD/DC12V 之間選擇，功率為2.5W；頻率為20～170kHz；三級可調(diào)靈敏度，平均反映時間為100ms，采用自動漂移環(huán)境補償方式，包含連接線在內(nèi)的線圈電感控制在80～300uH之間；連接線最長為5m，絞合頻次為20次/m，總電阻不超出10Ω。

通過設(shè)置于電路板上的DIP 開關(guān)調(diào)整微波車輛檢測器線圈頻率。在調(diào)整過程中先將電源關(guān)閉，再將插座上檢測器取下后拆除膠殼；在DIP開關(guān)上調(diào)整頻率，開關(guān)在ON 狀態(tài)下表示設(shè)備處于低頻工作狀態(tài)，在OFF 狀態(tài)下則表明設(shè)備處于高頻工作狀態(tài)；設(shè)置好頻率后，微波車輛檢測器則在復(fù)位時自動標(biāo)定。需要注意的是，在該微波車輛檢測器出廠時地感控制器就已經(jīng)設(shè)定為高頻，當(dāng)兩個檢測器安裝距離較近時，可以將兩個檢測器設(shè)定為不同頻率[1]。微波車輛檢測器線圈及饋線長度情況詳見表1；常見故障情況見表2。

表1 微波車輛檢測器線圈及饋線長度情況

表2 常見故障診斷

微波車輛檢測器地感控制器靈敏度檢測共分為三級，主要通過控制器頂端面板三位滑動撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，其中“H”位代表最高靈敏度，“M”位代表中等靈敏度，“L”位代表最低靈敏度。

在線圈上無車輛及其余金屬物體存在時進(jìn)行檢測器上電復(fù)位操作。向微波車輛檢測器加電后，檢測器將進(jìn)行自動檢測并調(diào)諧至所連接線圈，這一過程大概耗時5s，檢測器頂部面板LED指示燈同時以0.5s的時間間隔連續(xù)閃爍。在線圈檢測結(jié)果正常的情況下，檢測器頂部LED 燈將熄滅，此后便進(jìn)入正常運行狀態(tài)。當(dāng)微波車輛檢測器檢測到有來車時，吸收合并對應(yīng)繼電器的同時所對應(yīng)的LED 指示燈也會點亮；當(dāng)檢測器檢測到車輛駛離后，釋放對應(yīng)繼電器的同時所對應(yīng)的LED指示燈將熄滅。若整個檢測過程中線圈有感應(yīng)但車輛檢測器無反應(yīng)時，必須重新調(diào)整靈敏度。

進(jìn)行微波車輛檢測器上電自檢時，若線圈未連接、線圈電感值超出許可范圍，所對應(yīng)的LED指示燈均會表現(xiàn)出不同的閃爍頻率，具體見圖1。當(dāng)線圈未連接時，指示燈會間歇表現(xiàn)出亮100ms→滅100ms→亮100ms→滅100ms…的閃爍頻次；當(dāng)線圈電感過小時，指示燈將發(fā)出亮 200ms→滅100ms→亮100ms→滅800ms→亮 200ms→滅100ms→亮100ms→滅300ms的閃爍頻次；當(dāng)線圈電感過大時，指示燈將發(fā)出亮200ms→滅100ms→亮100ms→滅 100ms→亮100ms→滅600ms→亮200ms→滅 100ms→亮100ms→滅100ms→亮100ms→滅100ms的閃爍頻次。

圖1 LED指示燈閃爍情況

針對兩個感應(yīng)線圈因磁場疊加而串?dāng)_、干擾的問題，會造成檢測結(jié)果錯誤、環(huán)路檢測器鎖死，為消除不同感應(yīng)器線圈間的串?dāng)_，必須選擇不同的工作頻率，并將相鄰線圈間距增大至2m 以上；同時屏蔽線圈引出導(dǎo)線，并在探測器端將屏蔽線接地處理[2]；最好以多股銅導(dǎo)線作為線圈電纜接頭，并不預(yù)留接線處。

2.3.2 撥碼開關(guān)設(shè)定

該高速公路機電工程微波車輛檢測器通道線圈撥碼開關(guān)按照圖2進(jìn)行設(shè)定，其中：1-頻率調(diào)節(jié)按鈕；2-線圈模式選擇按鈕：ON-脈沖輸出；OFF-存在輸出；3-線圈輸出模式選擇：ON-離開線圈輸出；OFF-壓到線圈輸出；4、5-空開開關(guān)；6-脈沖寬度選擇：ON-1s；OFF-0.2s；7、8-靈敏度選擇開關(guān)；C-延時開關(guān)：ON-延時2s輸出。

圖2 撥碼開關(guān)

2.4 設(shè)備安裝及調(diào)試

在進(jìn)行高速公路機電工程車輛檢測器設(shè)備安裝前，必須復(fù)測設(shè)備基礎(chǔ)，檢測位置、標(biāo)高、尺寸等是否符合設(shè)計要求。完全符合后清理底法蘭和地腳螺栓，并結(jié)合立柱實際重量和長度選擇配套型號吊車輔助完成立柱吊裝。吊裝施工過程中，四周各種高低壓設(shè)備必須全部撤離；對于必須存在的帶電設(shè)備，要嚴(yán)格落實安全距離，保證立柱吊裝全過程安全順利進(jìn)行。在安裝時配合使用水平尺及線墜等工具進(jìn)行立柱垂直度測量，并將墊片增設(shè)在立柱底座與法蘭間，達(dá)到調(diào)平目的。立柱固定好后，通過升降車將微波車輛檢測器安裝在立柱固定支架上，為確保微波檢測器波束投影能夠完全覆蓋全部待檢測車道[3]，且投影能同時與車道正交，檢測器能夠更好地檢測到反射自車輛側(cè)面的信號，必須將安裝檢測器的立柱設(shè)置在第一探測區(qū)域以外。空開、防雷及交換機等設(shè)備安裝在配電箱內(nèi)，并保證內(nèi)部整齊、平直布線，后將配電箱安裝在立柱的固定支架上。

通過人手孔穿線管道將主供電纜與分支光纜穿入配電箱，并將配電箱和微波車輛檢測器電纜及數(shù)據(jù)線纜等穿進(jìn)立柱內(nèi)部，進(jìn)行電纜接線和光纜熔接后，將布線整理整齊并標(biāo)識。進(jìn)行微波車輛檢測器設(shè)備調(diào)試前，應(yīng)全面檢查電源、接線等的可靠性，無異常后通電啟動設(shè)備；啟動后檢查設(shè)備狀態(tài)，初始化后進(jìn)行各項參數(shù)配置及功能測試，與此同時，還應(yīng)借助監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，使設(shè)備和監(jiān)控中心連接，上傳設(shè)備狀態(tài)及車輛檢測數(shù)據(jù)信息。

2.5 車輛檢測器線圈安裝

高速公路機電工程車輛檢測器能否良好運轉(zhuǎn)，與其所連接的感應(yīng)線圈直接相關(guān)，感應(yīng)線圈的重要技術(shù)參數(shù)主要有線圈形狀、材料、埋設(shè)施工質(zhì)量等。

2.5.1 線圈形狀及規(guī)格

機電工程車輛檢測器感應(yīng)線圈通常根據(jù)設(shè)計要求、現(xiàn)場環(huán)境及設(shè)備布置圖進(jìn)行定位，其形狀通常有長方形、菱形、8 字形等。線圈形狀確定后，必須在地感切割時安裝切割片，并設(shè)置深度5mm 的凹形槽，便于感應(yīng)線圈放置。并將凹形槽四角拐彎部分打磨光滑，避免線圈邊緣被刮壞，對于角度較小的轉(zhuǎn)角，還應(yīng)進(jìn)行倒角處理，防止發(fā)生線圈折角損壞問題。

該工程中的車輛檢測器感應(yīng)線圈主要使用BV-1.0銅線材料，根據(jù)線圈周長進(jìn)行線圈匝數(shù)確定，兩者的對應(yīng)關(guān)系具體見表3。

表3 線圈周長與線圈匝數(shù)的關(guān)系

2.5.2 埋設(shè)施工質(zhì)量

進(jìn)行車輛檢測器感應(yīng)線圈電纜埋設(shè)時，必須預(yù)留足夠長度的電纜連接車輛檢測器，同時確保感應(yīng)線圈無接頭、線護(hù)套無破損。根據(jù)匝數(shù)要求進(jìn)行線圈安放，并盡可能在槽底走線。感應(yīng)線圈引出線應(yīng)按照設(shè)計密度雙絞處理，且扭絞次數(shù)至少為20 次/m，感應(yīng)線圈引出線長度最長為10m，考慮到探測線圈靈敏度會隨引線長度延長而降低，故應(yīng)盡可能縮短引線電纜長度。在凹形槽填滿之前必須進(jìn)行絕緣電阻和線圈電感量測量，并將尼龍繩置于其上，再在凹形槽內(nèi)填充樹脂或水泥，以使線圈絕緣電阻超出100Ω。車輛檢測器線圈截面見圖3。車輛檢測器線圈安裝結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行測量，其電感量位于 50～1 000μH 之間，且越接近 100μH 越好；絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω。

圖3 車輛檢測器線圈截面（單位：mm）

3 結(jié)語

綜上所述，隨著高速公路在經(jīng)濟發(fā)展中的作用日益突出，機電工程在保證高速公路良好運行方面發(fā)揮著越來越重要的作用，車輛檢測器作為機電工程的重要內(nèi)容，其可提供公路運行各類數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，為高速公路的數(shù)據(jù)信息采集提供有力支撐。本文對車輛檢測器的安裝，線圈敷設(shè)等施工主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入介紹，望能為同類工程提供借鑒。