普通国道隧道机电设施养护检测典型问题及成因分析

0引言

运营公路隧道机电设施通常由供配电设施、照明设施、通风设施、消防设施、监控与通信设施共五个分部组成。根据行业要求,公路隧道机电设施应当每年开展一次养护检测,检测所依据的标准为《公路隧道养护技术规范》或《国家公路网重点桥梁和隧道监测评价规程》。

近年来,许多学者围绕隧道机电设施的检测技术开展了多方面研究^[1—2]。如刘阳针对隧道机电养护检测的方法、内容及评定体系提出了一系列标准化措施^[3];邱进剖析了隧道机电设施的检测技术要点并给出了质量控制措施^[4];于艳波等人在分析现有隧道机电设施状态检测方法的基础上,结合设备成新率、稳定度、合格率等指标建立了一种完备的隧道机电设施检测评估体系^[5];康云霞等人从技术性能指标、运营效果指标两个角度着手重点探讨了普通公路的隧道机电检测方法^[6]。

目前,关于普通国道隧道机电养护检测典型故障问题及形成原因的文献较少。对此,笔者基于所在单位近五年来对300余座普通国道隧道的机电养护检测数据,归纳总结各分部设施的典型故障问题,进而分析故障形成原因。

1 供配电设施

1.1UPS电源/EPS电源

UPS电源/EPS电源分别用于隧道监控设施、消防设施的备用供电,是供配电分部实施中最易出现功能性问题的分项设备,其典型问题为:1)电源蓄电池鼓包变形,无法逆变供电;2)电源进行市电停电试验时无逆变输出电压;3)低压室EPS电源进行市电停电试验时隧道内应急照明灯具全部熄灭,低压抽屉柜的应急照明回路跳闸。图1展示了UPS电源/EPS电源的两个典型问题。

UPS电源/EPS电源的电池品质不良、充电电压过高/电流过大以及超出正常寿命使用是电源蓄电池鼓包变形的主要原因,通常运行年限5年左右就需对蓄电池进行更换;引起电源在市电停电试验时无逆变输出电压的主要原因为逆变模块损坏或电池电压过低;对于停电试验时出现低压抽屉柜应急照明回路跳闸问题,主要原因是电压不稳造成保护性断开或断路器元件产生误动作。

1.2变配电室

统计显示,变配电室出现功能性问题频率仅次于UPS电源/EPS电源,其典型问题包括:1)地面未铺设绝缘胶垫或绝缘胶垫铺设不全;2)室内四周墙面无接地环网;3)变配电室的进出线孔未封堵;4)通向户外的通道门底部无防止小动物进入室内的措施(挡鼠板)。

施工阶段未铺静电地板或绝缘胶垫、未按照规范要求进行接地环网施工以及未采取配电室防止小动物进入措施,是产生上述问题的主要原因;同时,运营期间,未能及时检测发现或实施整改则是造成以上问题持续存在的重要原因。

1.3自备发电设备

自备发电设备可细分为柴油发电机和汽油发电机,存在的典型问题有:1)无法启动运行(蓄电池亏电、油量过低);2)发电机启动后因报警停机(低频报警、欠压报警等);3)发电机排烟管道未引至配电室外或排烟管道连接不牢固(启动过程中连接处脱落)。

在蓄电池无定期充电措施、蓄电池检修/柴油(汽油)补充不及时、储油装置漏油等情况下,最容易出现自备发电设备无法启动的问题;油路阻塞、燃油泵故障及调压板失效则易造成自备发电设备启动后报警停机;施工不规范及施工质量差是引起以上排烟管道问题的主要原因。

2 照明设施

2.1 隧道内照明

隧道内照明设施主要包括照明灯具和控制设备,常见的典型问题有:1)路面照明亮度不满足规范或设计要求;2)照明控制策略与设计文件不一致,如图2所示;3)个别照明灯具无法点亮或闪烁。

隧道灯具使用过程中的老化造成光衰是导致隧道内亮度不足的首要原因,灯具清洁维护效果不佳也易造成亮度偏低;未按设计施工以及更换照明控制装置后未按设计设置相应控制方案是实际控制模式不满足设计要求的两类原因;灯具不亮的首要原因是设备超出正常使用寿命。

2.2 洞外引导照明

洞外引导照明即洞外路灯,存在的典型问题有:1)照明线路故障;2)灯体损坏;3)灯杆杆体倾斜;4)路灯整体缺失。

线缆老化、回路短路损坏、人为或外力破坏是照明线路故障的常见原因;灯体损坏的首要原因为设备超出正常使用寿命;路灯缺失及杆体倾斜有施工不规范、运营中受外力破坏后未及时修复等原因。

3通风设施

通风设施可细分为射流风机和轴流风机两类。普通国道隧道中普遍使用射流风机进行通风,其存在的典型问题包括:1)监控中心软件平台中风机正、反转控制与隧道现场实际运行方向不一致;2)远程(本地)控制失效;3)风机外壳锈蚀或有擦刮变形。

风机配电柜(箱)内接线线序错误、控制通道信号错误、监控软件中控制按钮布设错误是造成风机正反转控制与实际运行不一致的主因;供电线路故障、控制模块失效、网络阻塞、监控软件控制命令下发失败是造成风机远程(本地)控制失效的主要原因;空气湿度过大及隧道内环境恶劣容易使风机外壳锈蚀,超高车辆进入隧道则是风机外壳擦刮变形的主因。

4 消防设施

4.1横通道设施

横通道设施包括人行横通道和车行横通道,是消防分部中最易出现功能性问题的分项设备,其典型问题包括:1)人行横通道门无法自动关闭且开启方向错误;2)车行横通道卷帘门无法远程控制且手动铰链缺失。

人行横通道门在原始施工中未安装闭门器或运营中闭门器缺失/损坏是造成通道门无法自动关闭的直接原因,而开启方向错误则往往是原始施工阶段没有按照行业标准施工导致的。车行横通道卷帘门无法远程控制最可能的原因是远程控制链路损坏或监控中心软件平台故障,原始施工阶段未安装且运营期未按照交通部要求开展消防设施大排查是手动铰链缺失的原因所在。

4.2 火灾报警系统

火灾报警系统包括自动火灾报警系统和手动火灾报警系统,出现功能故障的频率基本相同且较高。它们存在的共性典型问题为:1)手动报警按钮或自动火灾探测器未通电运行;2)报警信息仅传至现场报警主机,监控中心软件平台无报警响应,不能查看报警的详细信息;3)火灾自动报警系统还容易出现 探测器支架松动或断裂脱落的问题。图3展示了火灾报警系统的两个典型问题。

一般地,线路故障或配电箱内元器件损坏容易导致手动报警按钮/自动火灾探测器无法通电运行;通信链路故障或监控中心软件失效是监控中心无报警响应的主要原因;火灾探测器支架的松动或断裂通常是外力作用(超宽车擦刮、维修中不当用力等)所致。

5 监控与通信设施

5.1环境监测设备

环境监测设备包括风速风向检测器、亮度检测器、一氧化碳检测器等,其典型问题有:1)监控中心软件平台无法查看隧道内环境监测设备的实时监测数据;2)环境监测历史数据的存储时间不满足规范或设计要求;3)监测数据不准确。此外,亮度检测器还容易出现探头未指向洞口中心及不满足规范要求指向的问题。

监控中心软件平台无法查看实时监测数据以及历史数据存储时间不足均属于典型的软件功能缺陷,需要联合调试或增加存储硬件;环境监测设备的监测数据不准确主要原因包括设备安装不规范、传感器污染较重、软件中监测值计算方法不够准确等。

5.2 其他设备

隧道的软件应急方案、视频事件检测器和车辆检测器等分项设备均可能存在功能性问题,典型问题包括:1)视频事件检测系统中有较多误报及漏报;2)监控软件无事故控制应急预案;3)车辆检测器监测数据不准确。

视频事件检测系统中有较多误报及漏报的原因 多为运营中摄像机监视范围发生变化、图像质量下降、软件算法存在缺陷等;监控软件无事故控制应急预案的原因在于软件开发阶段未按规范要求在计算机内预置控制方案;车辆检测器监测数据不准确的主要原因是软件及算法不够完善。

6 结束语

UPS电源/EPS电源、变配电室和 自备发电设备是普通国道隧道供配电设施最容易出现故障的分项;横通道设施和火灾报警系统则是消防设施最容易出现故障的分项;监控与通信设施的典型故障集中于环境监测设备方面;路面照明亮度不满足规范或设计要求、照明控制策略与设计文件不一致、洞外引导照明线路故障则是隧道照明设施最主要的典型问题;通风设施通常存在的典型问题为远程控制失效或控制与实际运行方向不一致。总而言之,抓住普通国省道隧道机电典型问题,针对性制定提升方案并予以实施,是确保隧道机电整体完好性、维持技术状况良好的捷径。

[参考文献]

[1]范敬光.隧道机电设施的养护与检测技术要点[J].交通世界,2021(35):147-148.

[2] 曾正东.隧道机电关键设施检测技术[J].信息系统工程,2023(8):76-79.

[3]刘阳.营运高速公路隧道机电设施定期检测标准化探究[J].交通科技与管理,2024,5(8):155-157.

[4]邱进.高速公路隧道机电设施检测技术要点与控制措施[J].中国高新科技,2021(24):78-79.

[5]于艳波,黄凯.公路隧道机电设施状态检测及评估技术分析[J].公路,2021,66(11):365-368.

[6]康云霞,潘江塞,程旭.普通公路隧道机电设施故障检测方法研究[J].机械与电子,2022,40(4):50-55.

《机电信息》2025年第11期第16篇