一、高寒地區(qū)公路隧道機(jī)電工程建設(shè)

1、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為適應(yīng)上述高寒地區(qū)公路隧道特點(diǎn)，并充分考慮交通量狀況、建設(shè)投資控制和營運(yùn)管理需求，機(jī)電工程設(shè)計(jì)應(yīng)注意：

（１）根據(jù)交通量參數(shù)科學(xué)掌握設(shè)計(jì)規(guī)范中技術(shù)指標(biāo)的選擇，按需配置各系統(tǒng)設(shè)備；

（２）控制工程投資規(guī)模，在有限的投資規(guī)模條件下實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理需求；

（３）充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件如太陽能、風(fēng)能等，盡量減少長距離的供電傳輸；

（４）系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性要特別重視；

（５）易維護(hù)，通用性強(qiáng)，應(yīng)選用主流成熟的系統(tǒng)或產(chǎn)品。

2、系統(tǒng)配置建議

（１）隧道監(jiān)控系統(tǒng)①閉路電視子系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：洞口云臺(tái)攝像機(jī)—監(jiān)視洞口區(qū)域情況；洞內(nèi)和變電所攝像機(jī)—監(jiān)視隧道內(nèi)和變電所內(nèi)情況。高寒地區(qū)：由于高寒地區(qū)車流量少，一般事故對(duì)車流量幾乎沒有影響，不易引起監(jiān)控人員的注意。建議對(duì)隧道內(nèi)外圖像進(jìn)行視頻分析，這樣可避免發(fā)生事故后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)從而引發(fā)重大安全事故的隱患。一般高速公路發(fā)生意外事故后會(huì)立即引起相關(guān)路段的車流量或相關(guān)變化，如堵塞、煙霧超標(biāo)、報(bào)警等，容易引起監(jiān)控人員注意。視頻事件檢測(cè)儀應(yīng)能檢測(cè)交通事故、事故車輛、車輛停駛（暢通停車、擁堵停車）、交通擁堵（移動(dòng)擁堵、停止擁堵）、車輛減速、車輛超速、車輛低速、車輛逆行、車輛排隊(duì)長度超過閾值、行人、遺撒遺棄物、煙霧和火災(zāi)等；且能檢測(cè)包括流量、速度、占有率、車頭間距、隊(duì)列長度、車輛分型等交通數(shù)據(jù)。視頻事件檢測(cè)儀應(yīng)能對(duì)警報(bào)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分級(jí)以避免對(duì)同一事件事故進(jìn)行多次報(bào)警。②交通控制子系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：洞口—車輛檢測(cè)器、情報(bào)板、限速標(biāo)志、交通信號(hào)燈等；洞內(nèi)—車輛檢測(cè)器、情報(bào)板、限速標(biāo)志、車道指示器、ＰＬＣ等。高寒地區(qū)：由于高寒地區(qū)車流量少，可根據(jù)情況適當(dāng)減少設(shè)置規(guī)模，以滿足運(yùn)營和管理要求為目標(biāo)，如洞口可僅設(shè)一塊Ｆ型可變情報(bào)板和交通信號(hào)燈，不設(shè)限速標(biāo)志等，洞內(nèi)僅設(shè)置車道指示器，不設(shè)情報(bào)板和限速標(biāo)志等。ＰＬＣ作為整個(gè)公路隧道機(jī)電工程的核心硬件設(shè)備，不僅用于交通監(jiān)控子系統(tǒng)，也服務(wù)于通風(fēng)照明、供配電、消防等子系統(tǒng)的控制。因此，必須保證在任何情況下ＰＬＣ都能正常穩(wěn)定的工作，否則整個(gè)機(jī)電工程都不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)公路隧道的正常運(yùn)營造成隱患。在高寒地區(qū)，必須采用極端環(huán)境型ＰＬＣ，普通型ＰＬＣ不管是溫度還是海拔都無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境要求。高寒地區(qū)公路路面易結(jié)冰，結(jié)冰對(duì)交通安全和暢通造成極大危害。隧道區(qū)域海拔高度又在相對(duì)更高，比其它路段更容易出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，因此有必要在隧道口增設(shè)路面結(jié)冰檢測(cè)裝置，對(duì)路面結(jié)冰進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（２）火災(zāi)報(bào)警與緊急電話系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)含手報(bào)和火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)兩部分，手報(bào)５０ｍ一個(gè)，火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)全隧道無縫覆蓋。緊急電話系統(tǒng)含緊急電話和廣播，緊急電話２００ｍ一個(gè)，廣播應(yīng)全隧道無縫覆蓋。高寒地區(qū)：本系統(tǒng)無特殊要求，但設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)高寒地區(qū)惡劣的氣候條件。盡管高寒地區(qū)交通量小，火災(zāi)隱患和造成的損失相對(duì)小，但基于防患于未然，應(yīng)保持火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要定期測(cè)試維護(hù)。產(chǎn)品應(yīng)選擇售后服務(wù)好的品牌，應(yīng)能及時(shí)更換故障單元，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)測(cè)試。

（３）中控室系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：中控室設(shè)電視墻、大屏、地圖板、計(jì)算機(jī)、操作臺(tái)等。高寒地區(qū)：中控室軟件為整個(gè)機(jī)電工程的核心，應(yīng)把高寒地區(qū)公路隧道的特殊控制方案集成進(jìn)去，如：惡劣氣候條件下的交通控制，極小交通流量的通風(fēng)照明控制等。還有各種特殊情況下的預(yù)案和應(yīng)急方案，應(yīng)能和路段實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。為節(jié)省投資建議隧道中控室不設(shè)大屏、地圖板等設(shè)備。

（４）隧道通風(fēng)系統(tǒng)－－常規(guī)設(shè)置：風(fēng)向風(fēng)速儀、ＣＯ／ＶＩ檢測(cè)儀、風(fēng)機(jī)等。高寒地區(qū)：可根據(jù)交通量情況適當(dāng)減少設(shè)置規(guī)模，以滿足運(yùn)營和管理要求為目標(biāo)。風(fēng)機(jī)也可分成二期建設(shè)，在交通量達(dá)到要求時(shí)再上二期設(shè)備。目前在長隧道和特長隧道僅設(shè)射流風(fēng)機(jī)的技術(shù)已非常成熟，原則上可僅設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)設(shè)置需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)多項(xiàng)對(duì)比專題研究后，才能設(shè)置。現(xiàn)行《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＪＴＪ０２６．１－１９９９）給出了海拔０ｍ～２４００ｍ范圍針對(duì)煙霧的海拔高度系數(shù)取值，當(dāng)海拔大于２４００ｍ時(shí)規(guī)范說明該系數(shù)取值可按直線延伸，有關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果表明當(dāng)海拔大于２４００ｍ時(shí)，該系數(shù)線性延伸結(jié)果與實(shí)際值有一定的差異。隨著海拔高度的升高，柴油車空燃比下降，汽車的黑煙顆粒物排放量會(huì)大大增加。這些黑煙顆粒物成為高海拔地區(qū)公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要影響因素，尤其在計(jì)算上坡隧道煙霧作為控制需風(fēng)量時(shí)影響權(quán)值很大。因此通風(fēng)設(shè)計(jì)需考慮海拔系數(shù)的影響，并應(yīng)考慮車輛排放標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)空氣質(zhì)量要求的提升。當(dāng)海拔高度不同時(shí)，大氣壓力將發(fā)生變化，海拔高度越高，大氣壓力越小，空氣的密度也越小。射流風(fēng)機(jī)用于高海拔隧道時(shí)，可以按照海拔高度進(jìn)行調(diào)整，以提高射流風(fēng)機(jī)的性能，充分發(fā)揮射流風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率。①選取功率小一些的電機(jī)由于空氣密度的降低，使所需風(fēng)機(jī)推力及電機(jī)功率降低，為了節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，可選取功率小一些的電機(jī)以適應(yīng)風(fēng)機(jī)所需實(shí)際功率。②提高風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速，減少風(fēng)機(jī)數(shù)量為了不降低電機(jī)的實(shí)際使用功率，可以通過增加風(fēng)機(jī)的葉片角度來增加風(fēng)機(jī)的出口速度及風(fēng)機(jī)的推力，因而增加風(fēng)機(jī)的負(fù)載，達(dá)到充分利用風(fēng)機(jī)功率的目的。增加風(fēng)機(jī)推力的最大好處是可降低風(fēng)機(jī)的數(shù)量，降低通風(fēng)設(shè)備的投資。具體的功率和出口風(fēng)速可通過計(jì)算得出。設(shè)備潤滑脂（油）應(yīng)有防凍措施，如：風(fēng)機(jī)的潤滑脂（油）應(yīng)選用低溫性能好的潤滑脂（油）。這類潤滑脂（油）低溫時(shí)，粘度小，啟動(dòng)時(shí)，各摩擦之間潤滑好，啟動(dòng)阻力小，利于啟動(dòng)。另外，還可采用加熱潤滑脂（油），以降低脂（油）粘度，減小啟動(dòng)阻力。

（５）隧道照明系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：亮度檢測(cè)儀、洞外照明設(shè)施、洞內(nèi)照明設(shè)施等。高寒地區(qū)：可根據(jù)交通量小的實(shí)際情況適當(dāng)降低照度標(biāo)準(zhǔn)，以滿足運(yùn)營和管理要求為目標(biāo)。也可分成二期建設(shè)，在交通流量達(dá)到要求時(shí)再上二期設(shè)備。若降低照度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)加強(qiáng)靜態(tài)安全設(shè)施的設(shè)置或采用有源誘導(dǎo)標(biāo)加強(qiáng)誘導(dǎo)。由于高寒地區(qū)車流量少，隧道口可不設(shè)路燈或高桿燈照明，但應(yīng)加強(qiáng)靜態(tài)安全設(shè)施的設(shè)置或采用有源誘導(dǎo)標(biāo)加強(qiáng)誘導(dǎo)。

（６）隧道消防系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：高位水池、低位水池、消防水管、消防箱、滅火器、水成膜泡沫滅火裝置等。高寒地區(qū)：要安全渡過超低的環(huán)境溫度和晝夜間的巨大溫差，隧道外高、低位水池以及消防供水管道須埋設(shè)在凍土層以下，同時(shí)設(shè)保護(hù)層和防潮層；洞外閘閥、室外消火栓均采用地下安裝方式，同時(shí)砌筑保溫井；洞內(nèi)管道、閘閥及消火栓供水支管采用電伴熱方式防凍；泵房?jī)?nèi)室內(nèi)管道和設(shè)備防凍均采用電伴熱方式。消防設(shè)備應(yīng)選用滿足需求的高原專用型設(shè)備，并注意消防水源的補(bǔ)充狀態(tài)。管理人員必須定期檢查管道是否漏水、堵塞以及冬季防止管道封凍，并結(jié)合氣候、地域等特點(diǎn)，制定不同類別的防災(zāi)和救援預(yù)案。高寒地區(qū)隧道的消防救援，應(yīng)充分考慮以下因素：①必須做好消防設(shè)備的保溫防凍；②消防應(yīng)急設(shè)施設(shè)置應(yīng)便于救援人員操作；③應(yīng)對(duì)災(zāi)害預(yù)防和管理以及緊急救援方案結(jié)合消防設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)；④要結(jié)合地域等實(shí)際，制定切實(shí)可行的消防救援預(yù)案及組織實(shí)施流程，采取安全可靠的消防系統(tǒng)，才能防患于未然；⑤在隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，采取正確的通風(fēng)方式和合適的通風(fēng)風(fēng)速，并進(jìn)行正確的行車組織，才能切實(shí)可行地實(shí)施救援。

（７）隧道供配電系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置：高低壓開關(guān)柜、配電箱、ＵＰＳ、ＥＰＳ、柴油發(fā)電機(jī)組等。高寒地區(qū)：在高海拔地區(qū)，隨著海拔高度增加，大氣氣壓逐漸降低，空氣的絕緣強(qiáng)度也隨之下降，因此海拔超過１０００ｍ的地區(qū)必須使用高原型開關(guān)設(shè)備。元件的安裝位置按高寒地區(qū)的使用要求進(jìn)行修正，加大導(dǎo)體間絕緣距離、絕緣件的爬電距離，母線均做圓角處理，避免尖端放電，合理布置和選用電器元件，以解決高寒地區(qū)絕緣和散熱的問題。高原地帶空氣中氧氣的含量隨著海拔高度的升高而降低，海拔高度每升高１０００ｍ，大氣壓力下降９％，空氣密度下降梯度為６％～１０％，含氧量下降１０％，可見海拔高度越高，空氣含氧量越少，柴油機(jī)越難啟動(dòng)。啟動(dòng)后柴油發(fā)電機(jī)組還應(yīng)考慮高寒地區(qū)降效等因素。設(shè)備液體應(yīng)有防凍措施或采用防凍液體，如：柴油發(fā)電機(jī)的柴油（選擇合適的牌號(hào)，保證最低溫度時(shí)有較好的流動(dòng)性）等。高寒地區(qū)由于地廣人稀，應(yīng)考慮接入電源的質(zhì)量，如果接入電源電壓波動(dòng)超出國家標(biāo)準(zhǔn)，為減少電費(fèi)支出和延長燈具壽命，建議在基本照明回路增設(shè)智能照明控制器，保證回路電壓在要求范圍內(nèi)。蓄電池的最佳工作溫度在２０℃～４０℃范圍內(nèi)，隨著環(huán)境溫度的降低，蓄電池的輸出能力也相應(yīng)下降，隨著環(huán)境溫度的降低，蓄電池輸出能力在－３０℃時(shí)，只有額定輸出的３４％左右。故供配電的ＵＰＳ、ＥＰＳ等的蓄電池應(yīng)采用低溫性能好，結(jié)構(gòu)形式與普通型不同的蓄電池。低溫時(shí)，應(yīng)無液態(tài)酸冰凍現(xiàn)象，可在－４０℃環(huán)境條件下正常工作，冷啟動(dòng)功率、充電速度等指標(biāo)與在同等條件下的普通蓄電池相比應(yīng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。或采用對(duì)蓄電池進(jìn)行加熱保溫，保證蓄電池低溫條件下正常充電且具有足夠的電流輸出，從而提高設(shè)備低溫性能，且延長蓄電池的使用壽命。

二、施工建設(shè)及運(yùn)營維護(hù)

1、設(shè)備選型及工期

（１）在機(jī)電工程建設(shè)招投標(biāo)中，設(shè)備選型應(yīng)考慮地理和氣候因素。所選設(shè)備應(yīng)能在高寒的環(huán)境下正常工作，即能適應(yīng)高海拔，低氣溫，冬天風(fēng)大、下雪下霜等惡劣氣候。如：室外應(yīng)選用工業(yè)級(jí)，室內(nèi)可根據(jù)情況選用商品級(jí)設(shè)備，應(yīng)注意防冰凍、防起霜等問題，如室外攝像機(jī)應(yīng)能適應(yīng)低溫的要求，ＩＰ等級(jí)要高；光纜采用低溫特性好的優(yōu)質(zhì)光纜，攝像機(jī)的基礎(chǔ)和立柱需加強(qiáng)，防止畫面抖動(dòng)，攝像機(jī)應(yīng)有自動(dòng)除霜功能等。

（２）應(yīng)合理安排工期和施工順序。機(jī)電工程的設(shè)備安裝調(diào)試受低溫氣候的影響不大，但隧道外設(shè)備的基礎(chǔ)施工、消防管道施工、光電纜管溝施工等應(yīng)避免在封凍季節(jié)進(jìn)行。

2、運(yùn)營管理和維護(hù)

除前述提及的系統(tǒng)和設(shè)備特殊要求、各種救援預(yù)案演練外，為保障正常運(yùn)營和發(fā)揮機(jī)電工程最大效用，還需要加大對(duì)司乘人員的宣傳工作，使司乘人員根據(jù)機(jī)電工程誘導(dǎo)有序參與公路隧道交通活動(dòng)。隧道機(jī)電工程的運(yùn)營管理和維護(hù)需要相當(dāng)高的技術(shù)含量，也要求管理和維護(hù)人員具有較高的技術(shù)水平素養(yǎng)。而高寒地區(qū)公路隧道往往處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，生活、工作條件艱苦，難以吸引和留住高水平技術(shù)人員，因此有關(guān)管理方面要特別注意人才的培養(yǎng)和保護(hù)。

三、結(jié)束語

高寒地區(qū)公路隧道建設(shè)正方興未艾，其特殊的機(jī)電工程技術(shù)需要進(jìn)一步研究、開發(fā)和總結(jié)。如極小交通流量下的照明節(jié)能技術(shù)研究，隧道通風(fēng)及其它機(jī)電設(shè)備海拔系數(shù)研究，類似地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的高寒地區(qū)公路隧道機(jī)電工程專有系統(tǒng)研究，建設(shè)、施工、運(yùn)營特殊預(yù)案研究等。

作者：杜長東　蔡曉峰 單位：重慶市華馳交通科技有限公司