1、長大隧道運營管理技術1.前言 近年來，為了發展經濟，黨中央、國務院做出了加大國家基本建設的戰略方針，公路交通建設更是走在“排頭兵”的位置。隨著國家加大公路建設的步伐與力度，特別是西部大開發，山區高等級公路在公路建設中的比重越來越大，國家主干線上正在建設和“十五”規劃中將要建設的特長隧道不少于30座，陜西、貴州、四川、福建都正在規劃和實施長度6km以上的隧道，而于2007年元月順利通車的“世界第一隧”秦嶺終南山隧道，其運營管理給我們提出了新的思考。對目前運營的大多數隧道，或多或少均存在各種隱患，影響線路的暢通和行車安全。因此，隧道運營狀態的評估對確保運營安全暢通至關重要。2.國內外公路隧道運營管

2、理研究現狀國外對公路隧道營運安全的技術評價考慮了下列因素:隧道的系統性和工作狀況、交通監視、交通控制方法、通訊、防火方法、避難可能性以及緊急救援設備等。1999年3月24日法國與意大利間的勃朗峰隧道發生火災事故，歐洲對此迅速做出反映，同年5月由DMT公司代表ADAC對歐洲主要旅游線路上正在營運的20座長隧道和特長隧道進行了測試和安全評估。這20座隧道有12座在奧地利，4座在瑞士，2座在法國，2座在德國。檢測的20座隧道總長超過140km,晝夜交通總量大于400, 000輛，載重卡車比例平均14%，最大60%。結果發現近一半低于安全標準、營運安全性差或很差，僅5座隧道達到良好，無一座達到優良標準

3、。 我國最初在設計公路隧道時，套用或者照搬鐵路隧道設計的較多，對其土建工程部分考慮得比較周詳，而對交通安全因素考慮得很少。從80年代初到90年代，隨著人們對公路隧道自身特點了解的增多，思想上也引起了重視，對公路隧道設計中交通安全等因素考慮得較多，設計中不但有了路面行車道標線、隧道進出口限速、限高、禁止非機動車輛通行等常規交通安全標志牌，在長大隧道設計中更是考慮了監控、通訊、消防、通風、照明等交通安全設施。隨著公路隧道設計的增多，交通安全方面的設計方案愈來愈多、愈來愈成熟，在保證交通安全、舒適、暢通的前提下精心設計。社會經濟管理的發展，使得多指標綜合評價研究日益必要，而數學、統計方法的發展也為這

4、方面研究提供了可能。近幾年來，國內出現了用主分量分析、模糊綜合評判、多目標決策等方法來綜合評價經濟效益、干部素質、工作質量的不少研究案例。當然，也有一些利用統計學原理中己有的方法相對數和平均數來探索解決異度量指標的綜合評價問題。20世紀60年代，英國學者查(LAZaden)創立了模糊集合理論，很快在社會、經濟、自然、科技等各方面得到了應用，我國的研究工作者在利用其中的模糊綜合評價方法解決上述問題時，發現這是一種有效武器。除上述的方法以外，還有一些比較新穎、獨特的方法，在實際應用中也取得了比較好的效果。3.城市隧道運行管理綜合評價3. 1建立城市隧道運行管理的評價體系 我們把影響城市隧道運行管理

5、的因素構成集合稱為因素集。在這里，我們建立兩層因素集，第一層為主因素層，評價指標包括:土建結構狀況評價、機電系統狀況評價、運行管理體制評價、運行管理效果評價4個方面，用集合表示為U=U1,U2,U3,U4 U為因素集(指標集)。然后，將Ui( i=1，2，3)中各個因素細分，各個因素中的子集各不相同，如第一個因素有8個指標Ui=U11， U12， U13， U14， U15， U16， U17， U18其它的類似，可統一表示為Ui=Ui1，Ui2，Uim。綜合分析影響城市隧道運行管理狀況的因素，選取能夠比較全而地反映隧道運行管理各方面狀況的4大類項指標 (如圖1所示）(1)指標U11U18(土

6、建結構狀況下各指標) 主要反映城市隧道土建結構的狀況，并給予定性評價。( 2)指標U21U29(機電系統狀況各指標)主要反映城市隧道機電系統的各個子系統設備狀態，并給予定性評價。( 3)指標U31U34(運營管理體制下各指標)從機構、崗位設置合理性，隊伍建設情況，從規章制度健全、合理性，宣傳教育的廣泛性、內容、頻繁性等分別給予定性評價。 ( 4)指標U41(交通狀況) 根據城市隧道內車輛檢測器提供的自通車以來交通量的統計數據，對項目的交通情況進行分析。很難用定量的方法對交通狀況進行評價，給予定性評價。 (5)指標認U42( CO濃度)可進行定量評價。有害氣體測試主要測試CO濃度，測試地點最好選

7、在CO濃度最大處，連續測定5次后，取5次的平均值為測定值。城市隧道中一氧化碳(CO允許濃度，可參照公路隧道養護技術規范( JTG H12-2003) 根據實際情況，CO的最佳值不可能為0，故最優值可取該隧道歷史以來CO最小值;不容許值可根據具體情況取上述極限值。(6)指標U43( VI)可進行定量評價。測試地點選在煙塵濃度最大處，連續測定5次后，取5次的平均值為測定值。參照公路隧道養護技術規范(JTG H12-2003 )隧道中煙塵允許濃度為：人車混合通行的隧道、行車隧道，煙塵濃度限為:0.007m-1。煙霧濃度最佳值可取該隧道歷史最小值;不容許值根據具體情況取上述極限值。 (7)指標U44(

8、照明效果)可進行定量評價。隧道照明分為中間段照明、入口段照明、過渡段照明出口段照明、應急照明，所涉及的主要因素有路而的平均亮度、路而亮度總均勻度、亮度縱向均勻度等，木文參照公路隧道養護技術規范(JTG H12-2003) 規定，簡化評價指標，采用日平均亮度對照明效果進行評價。城市隧道內日平均亮度的最小值為: 行車速度60 km/h(城市隧道行車速度一般限制為50或60 km/h)，雙車道、雙ICJ交通，2.5 cd/m2照明效果最佳值可取該隧道日平均亮度的歷史最大值;不容許值根據具體情況取上述極限值。 (8)指標U45(聲環境) 從兩個方面考慮給予定性評價，一方面由于城市隧道內易積聚汽車尾氣，

9、隧道中均安裝了強制性通風風機，風機運轉時的噪聲較大;另一方面由于城市隧道的建成，機動車通行急增，噪聲對居民點的影響。 (9)指標U46(安全狀況) 這里我們用萬車事故率來衡量城市隧道的交通安全，即城市隧道每萬輛機動車的年交通事故(一般以上事故)次數，它是衡量一定機動化水平下的交通安全管理水平的重要指標。最佳值可取我國或世界上城市隧道萬車事故率的最小值;不容許值可取我國或世界上城市隧道萬車事故率的最大值。 (10)指標U47(環境衛生)根據城市隧道清潔方式、效率，內部環境的整潔、舒適程度給予定性評價。3.2建立評價集 根據評價指標的性質建立評價集，它是由對評判對象可能做出的評判結果所組成的集合，

10、可表示為V= V1,V2,Vn.評價等級域V的確定，使得模糊綜合評價得到了模糊評價向量，被評事物對應各評價等級隸屬程度的信息通過這個模糊向量表示出來，體現評價的模糊特性。評價等級個數大于4而不超過9,考慮到評價等級分得越細，評價越準確，但其評價過程也相應繁瑣;評價等級過少又不符合模糊綜合評價的質量要求。另一方面評價等級數取奇數者較多，除中間項外，評價常常是對稱的，這樣處理得到的綜合評價結果時，便于進一步計算隸屬度對比指數。故本文將評價等級取為5級，即V=V1,V2,V3,V4,V5)=很好，較好，一般，較差，很差3.3評價指標權重的確定在模糊綜合評價中，權重是體現各因素對評價目標重要性程度的數

11、值，具有權衡比較不同評價因子間差異程度的作用，有助于突出主要因素的作用，有助于評價結果的準確性。本文提出采用層次分析法計算各項指標權重，這是因為AHP法把一個復雜的問題表示為有序的遞階層次結構，通過進行兩兩比較、判斷、確定層次中諸因素的相對重要性。AHP的基木方法與步驟是:(1)分析系統中各因素之間的關系，建立系統目標層、準則層、指標層的遞階層次結構。( 2)對同一層次的各元素關于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，對重要性賦值，構造兩兩比較判斷矩陣A=（aij）n*n其中aij是兩元素相對于某一準則的重要性的比例標度，aij0, aij = aji , aii =1( 3)由判斷矩陣計算

12、中單一準則下元素相對權重。本文采用特征根法計算權重，Aw= lmax w, lmax是A的最大特征根，w是相應的特征向量，得到的w經歸一化后就可作為權重向量。( 4)對得出的權重向量進行一致性檢驗一致性指標CI=( lmax一n)/(n- 1)相應的平均隨機一致性指標RI查表可得，一致性比例CR=CI/RI, CR0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可接受的。3.4計算一級評價矩陣先對每一個Ui( i=1, 2, 3,4)進行綜合評價，由于第一層因素Ui下指標以Uij的模糊性，不能得到其具體值，但是，可以通過層次分析法得到Uij (j=1, 2, ，n)隸屬于第t( t=1, 2, 3，4, 5)

13、個評價集Vt的程度rijt ,并由此得到模糊評價矩陣Ri； 其中i=1,2,3,;j=1,2,3, n表示Ui的子因子個數。 rijt=1，若rijt 1，則應進行歸一化處理，然后得到一級模糊評價矩陣Ri。前而已經得到了Ui( i=1，2，3，4)下的子因子的權重模糊集Ai=ai1 , ai12, , ain，進行關系合成運算，令Ui的一級評價向量為Bi，則:3.5計算二級評價矩陣 二級模糊綜合評價即是對于準則層4個因素的綜合評價。上面得到的一級模糊綜合評價集B，既是考慮準則層第i個因素的中一因素評價集，同時也構成了二級模糊綜合評判的評判矩陣R。于是二級模糊綜合評判模型為: 將B=進行歸一化處

14、理，從而得到城市隧道運行管理隸屬于各評語級別的模糊度的大小，判斷和指導隧道運行管理的狀況。4采用現代化的管理手段和科學的管理方法4. 1配置相應規模的自動化監控系統，確保高速公路隧道安全運營隧道作為提高路網功能的瓶頸路段，具有安全隱患大、難以管理的特點，因此應給隧道配置相當規模的控系統，采用現代化、智能化管理手段，為提高隧道的管理水平及路網服務功能提供技術保障。隧道監控系統應具有以下基本特點:安全性、可靠性、可控性、穩定性、便捷性。一般監控系統包括:CCTV監控系統、環境信息檢測系統、交通控制與誘導系統、火災檢測報警系統、消防及其控制系統、照明及其控制系統、通風及其控制系統、緊急電話系統、廣播

15、系統、通信系統、防雷接地系統。 1）CCTV監控系統:系統由彩色一體化攝像機、硬盤數碼錄像機、全方位球形云臺組成。隧道內每隔200米設置一個攝像頭，監控主機設置于控制中心。主控采用的硬盤錄像機是基于windows98平臺上運行的硬盤存儲模式，配上相應網卡及分控軟件或調制解制解調卡可以上局域網或互聯網，實現遠程傳輸和授權監視，所有攝像機信號通過屏蔽視頻傳回到控制中心，監視控制隧道運行。 2)環境信息檢測系統:系統由一氧化碳濃度探頭、煙霧濃度探頭、交通參數等檢測設備組成，為交通控制、通風控制提供依據。 3)交通控制與誘導系統:系統由交通信號燈、可變限速標志、可變情報板等組成，通過這此外場控制設施，

16、實現交通流誘導與阻塞排除。交通信號燈、可變限速標志、可變情報板一般設置于距隧道入口適當距離處，對特長隧道可考慮在洞內設置可變情報板與可變限速標志。4)火災檢測報警系統:由手動報警系統和自動報警系統組成，火災探測選用感溫探測器，每隔30 m設置一個，沿隧道邊墻每隔50m設手動報警器按鈕，在監控中心、洞口兩端及隧道內每500m設聲光報警器，火災發生后，按下手動報警按鈕，聲光報警器發出報警信號。值得注意的是報警系統與閉路電視系統需協調與聯動。 5)消防及其控制系統:系統由消火栓、消防管適、消防泵、消防按鈕、XBBX消防控制柜、消防水池組成。6)照明及其控制系統:系統由道路照明控制柜和光電控制器、時間

17、控制器組成。隧道照明控制采用分級控制。7)通風及其控制系統:系統由風機、通風控制器等組成，通風方式采用縱向通風，系統實行分級控制，以CO、IV作為通風控制的主要參數。 8)緊急電話系統:系統由話機及話機平臺組成，控制中心安裝一部外線電話，隧道洞口兩端及隧道內每隔50m設一部內線電話。隧道內人員通過話機與控制中心聯系，解決隧道交通運行的各種問題。9)廣播系統:系統由揚聲器、音響主機、增音器、話筒、控制源組成。音響主機設于控制中心，揚聲器沿隧道方向每50m設置一個。監控人員根據控制中心各系統反饋信息，及時播報事故地點、程度及人員疏散方向等信息。 10)通信系統:用于隧道信息檢測系統、控制系統、信息

18、提供系統間的數據、圖像等信息的傳輸。11)防雷接地系統:洞內設備遭受雷擊的主要原因來自于山頂雷電經山體礦石、水層等泄入隧道，防雷擊的主要措施是信號防雷的電源防雷。此外，對于弱電應采取光電隔離，在電源端要加設穩壓電源以保證供電電壓的穩定性。 日前，與公路隧道監控相關的國標與交通行業標準以及適用隧道環境條件監控方面的標準還很欠缺。應盡快建立隧道監控的標準體系，包括三個方面的內容:在設計方面，應解決設計方法及規模的問題，既避免功能不足，也避免功能過剩;在產品選型方面，制定公路隧道監控設備技術要求或產品指南，既滿足工程招標的需要，又可使產品逐步標準化、通用化;此外，還應制定監控系統的養護規范，提高設備

19、使用壽命與養護管理水平。5. 存在的問題5.1 消防安全近3 0年來，隨著各國交通事業的迅猛發展和道路等級的提高，公路隧道里程不斷延長，隨之而來的消防安全問題也日益嚴峻。火災是長大公路隧道可能發生的最嚴重的事故之一，盡管發生的頻率很小但造成的影響和損害程度卻相當的大。特別是近年來國外所發生的特大隧道火災更是令人觸目驚心，例如：1999年3月24日，位于法國及意大利間的勃郎峰(Mont Blanc)隧道發生由一輛裝黃油的車自燃起火，導致41人死亡,43輛車燒毀，隧道關閉近3年.1999年5月29日,4輛轎車和2輛貨車在穿越奧地利的陶恩( Tauem)隧道時，相撞著火，燒毀40輛汽車,12名乘客死

20、亡,49人受傷，修復3個月。還有在國內，2002年1月10日，位于浙江境內的貓貍嶺隧道，一輛滿載易燃品的東風大貨車發動機出現故障并被點燃，雖無人員傷亡，但中斷交通18天。5.2 通風與監控公路隧道尤其是長大隧道,空間環境狹窄、光線變化大、視野不清,存在潛在的交通事故危險。特別是發生緊急事件時,交通疏導和救援工作與普通路段大不一樣,而且二次事故產生的后果遠比原發性事故嚴重得多,因此長隧道內的安全保障是高速公路隧道建設和運營要特別關注的問題。高速公路長大隧道在使用過程中,會因為汽車尾氣排放并且不易散發而導致隧道內空氣質量惡化。由于長大隧道中的煙塵排除不如一般隧道容易，使得隧道的能見度降低，一方面對

21、駕駛員的健康不利，這也是造成長大隧道中交通事故的一大原因。因此為了使隧道尤其是長大隧道能安全、環保、高效、經濟運行,隧道通風系統和監控系統是長隧道的安全保障必不可少的,也是保證隧道交通暢通與環保所必需的設施。5.3 電力保障與節能方面首先，山西省高速公路目前大部分供電都是質量不高的農電，因線路停電。供配電設備故障、UPS蓄電池饋電等原因導致隧道內照明供電中斷問題時有發生，輕則影響正常行車，給司乘人員帶來不便，重則可能引發交通阻塞甚至交通事故。其次，隧道智能化程度的提高，一方面有力保證了隧在隧道節能方面，主要考慮隧道照明部分。長大隧道照明大部分采用高壓鈉燈。對于高壓鈉燈，目前國內外有兩種節電方式

22、。第一種方式是采用大功率電子鎮流器，可對高壓鈉燈進行線性調光，節能十分可觀，所存在的問題是國內大功率電子鎮流器還不成熟，而進口成本過高；另一種方式是采用變功率電感鎮流器，并采用綜合電力監控終端對其進行變功率控制，則節能率可達30以上，因此建議考慮后者實現節能。同時國內部分公路隧道已經采用的白光LED照明技術，以其功耗小，壽命長、可靠性高及環保等優勢，走進公路及隧道照明舞臺，但尚需技術的規范化、標準化以及光強衰減量等方面進行研究改進。5. 發展方向要保證隧道正常的安全運營，其前提是隧道的各項設施正常運行，隧道內空間狹小，養護不易。如有阻塞，對整個交通的影響極大。所以，做好特大隧道養護工作、機電設

23、備及土木工程方面的檢查與維修是保證特大隧道安全運營的基礎和前提保障。機械設備的正確使用和精心維護，是設備現場管理的中心環節，現場管理有序，使用操作正確、合理、維修得當，就能減少非正常磨損，提高設備的完好率。根據特大隧道的機電設備的運行特點，制定設備“巡回檢查制度”、“維修保養制度”、“維修質量負責制度”、“機電設備操作程序、步驟”等規章制度，對于維修管理的全面規范使設備管理做到有章可循有較大的作用。同時建立巡檢登記，將巡檢中發現的問題及處理結果詳細登記，作為設備運行的考核資料。隧道屬特殊結構，因此積累隧道數據資料非常重要。同時，通過對隧道資料的分析總結也可以不斷提高對特大隧道管理和養護工作的科技含量。根據特大隧道的特點，充分利用隧道設備，結合日常管理工作，堅持對數據資料的采集。定期測試特大隧道路面抗滑構造深度，定期測量隧道煙霧濃度，指定專人跟蹤觀測各種病害，掌握隧道病害原始數據，對交通流量進行逐日統計分析。通過對數據的積累，有針對性地開展工作，為特大隧道的病害處治及運營管理提供可靠的原始