本帖最后由 Nino 于 2022-5-30 15:34 编辑
标题：守护城市交通主动脉——南京穿江水下道路隧道标准化与智慧化运维
截至2020年底，我国公路隧道已达2.1316万处（2.1999万公里）。数量规模和里程规模均远超世界上其他国家，形成了以钻爆法为主体，明挖法、盾构法、沉管法、TBM法、堰筑法等工法作为补充的多元化发展。从2010年到2020年期间，公路隧道数量增长2.89倍、里程增长4.30倍，占公路总里程比例从0.133%增加到0.423%。特长隧道数量增长速度显著高于整体数量增长速度，长大隧道已占31.3%。山岭隧道增长数量最多，水下隧道发展速度最快。
图1 我国2010-2020年隧道规模统计
21世纪初，我国水下隧道进入快速发展期，据不完全统计，截至2020年底，我国在役水下隧道179条，在建水下隧道69条。其中在役的水下道路隧道有77条，包含公路水下隧道9条（约占12%）、城市水下道路隧道68条（约占88%）。在役水下道路隧道以长隧道和特长隧道为主（约占96%），基本上是大断面及特大断面隧道，且以特大断面隧道为主（约占75%）；在役水下道路隧道中盾构法35条（约占45%）、堰筑法20条（约占26%）、沉管法16条（约占21%）、钻爆法6条（约占8%）。
水下道路隧道管养现状
当前公路行业标准《公路隧道养护技术规范》JTG H12-2015适用于钻爆法山岭隧道的养护工作，但水下隧道养护具有不同于山岭隧道的环境和结构特点，其管理模式和体系、养护标准和技术也不尽相同。水下道路隧道主要有以下特点：
1.大多在主干道上，车流量大，保通和应急要求很高；
2.一般都是重点工程，社会关注度很高，运营形象要求高；
3.长年位于水底和高水压环境，渗漏危害大，结构损坏和渗漏控制严格；
4.隧道结构形式多样且特殊，对土建养护的专业性要求高；
5.衬砌结构通常被大面积装饰板覆盖，检查难度大、检测要求高；
6.隧道主体变形量大和持续时间长，对隧道影响较大，对监测要求高；
7.隧道比洞口低，靠主动抽排水，防汛防淹要求高；
8.机电设备数量和种类多、配置复杂，对机电养护的专业性要求高。
对水下道路隧道养护情况的专项调研结果显示：
在管理方面，一是对养护资金和人员需求均较高，但暂无相应的养护定额标准及指导意见；二是各水下隧道都建设了信息化管理系统，但养护信息数据不完善和孤岛情况较突出等问题，养护信息数据无法进行趋势分析和缺乏有效利用；三是安全及应急管理任务重，但部门设置和条块划分等原因，应急预案匹配、应急信息畅通、应急统一调度等存在较多难点。
在技术方面，一是隧道渗漏水病害突出，不同结构渗漏特点差异大，渗漏处置方法针对性强但处置效果欠佳；二是结构检测手段需要进一步适应性改进优化，比如在防火板及装饰板遮挡下的渗漏水和结构病害精准检测，在狭窄空间中的结构设施设备有效检测，在隧道断面被分割为多个独立空间下的隧道变形检测等；三是健康监测技术需要突破，解决预埋传感器存活率低、传统监测技术效率低、数据分析自动化和智能化不足、预警指导性不强等问题；四是机电设施养护标准需提高、维修和更换指标需明确。
在规范方面，现行公路水下隧道养护技术规范适用范围为钻爆法山岭隧道，水下隧道通常采用盾构法、沉管法、钻爆法、堰筑法四种工法修建，存在多种结构形式，在隧道检查内容、检查方法、技术状况评定等存在较大差异，且所处复杂环境所致检修标准更高。
水下道路隧道运营的重中之重
相对于道路运营养护追求舒适性、桥梁运营养护追求耐久性而言，隧道结构的封闭性使得隧道运营事故更易频发，且隧道作为狭长密闭空间疏散难度和救援难度均很大。因此，隧道运营养护首要追求的是安全性。
2017年公安部发布的全国道路交通事故统计年报显示，虽然隧道事故发生次数在整个公路交通事故中所占比例相对较小，但其重特大事故数量、死亡和受伤人数、直接财产损失等方面却占有很大比例。
图2 全国道路交通事故统计
由于水下道路隧道的特殊性，国内外对水下隧道运行安全的管理要求和标准较普通隧道大幅提高，但事故仍然不少，其中火灾事故造成的人员伤亡最多，交通事故次之，其他类型的事故也严重威胁水下隧道运营安全。水下隧道在养护中应在事前提前预防与事后应急处置重点保障隧道运行安全。
图3 南京穿江水下道路隧道图示
隧道设备设施养护。一是加强隧道结构、设施设备的检测和监测，提高频率和标准，及早发现病害损坏和安全隐患；二是重点加强渗漏水监测、检测及治理，加强隧道变形特别是隧道接缝处的变形监测、结构检测及病害处置；三是做好防汛防淹，水下隧道淹水会造成车辆司乘人员恐慌和非常不好的社会影响；四是加强隧道安全保护区的管理，包括岸上段地表、水中段河床的管理，防止因乱弃乱挖乱建影响隧道安全。
图4 渗漏水实时监测系统
隧道运营管理。一是加强占道和封道作业管理，尽量少占、短占，必须规范占道作业防护和提醒；二是加强正常通行车辆的安全驾驶管理，采用限速、声光提醒、广播提醒等多方式提醒车辆规范驾驶；三是特别加强易燃易爆危险品及化学危险品运输车辆、超限车辆、禁行车辆等的控制，必要时押行通过。
隧道自身突发事件处置。一是高度重视隧道渗漏水的应急处置，配备对隧道结构熟悉的、具有相应专业知识的、处置操作熟练的人员，负责隧道渗漏水的应急处置工作；二是在隧道设施设备突发故障时，相应的应急处置作业应尽量减小对车辆正常通行的影响；三是在预防隧道机电设备故障引起火灾的同时，也要加强该类火灾应急处置。
通行车辆突发事故处置。一是加强监控预警，充分发挥系统自动监控预警作用，最大限度早报、避免漏报和减少误报；二是对于易发事件，制定细化预案并嵌入指挥调度系统，加强应急指挥效率，提高应急指挥准确度；三是高度重视火灾应急，发现火灾后立即关闭隧道以防止车辆继续驶入，将快速灭火作为应急工作中的重中之重。同时现场指挥或利用广播指挥快速疏散滞留车辆和人员，隧道开启火灾排烟模式；四是加强逃生引导，采用LED灯带等醒目方式提升人通、汽通洞口的识别程度，可以在浓烟条件下引导人员逃生。
水下道路隧道标准化、智慧化运维
对标准化运维的理解
由于现行行业标准直接应用于水下隧道养护存在局限性，需建立水下隧道标准化养护体系，为水下隧道科学维护提供指导和技术支撑。标准化运维工作可从养护规划、养护方法、评定标准、养护定额、养护模式、突发应急等方面切入。
养护规划主要解决做什么的问题，比如合理制定总体养护规划、年养护计划、月养护计划、日工作计划等。养护方法主要解决怎样做的问题，比如编制隧道维修养护技术手册/指南/工艺、维修养护作业指导书、维修养护操作手册等，指导现场标准化作业。评定标准主要解决做到什么程度的问题，比如巡视检修标准、应急处置标准、维修质量验收标准等，明确各项工作指标。养护定额主要解决投入多少费用去做的问题，比如明确养护计量标准、单位养护工作消耗定额等，合理管控养护费用。养护模式解决如何组织的问题，比如综合养护（即由一家养护单位负责现场应急保通+安全巡视值守+清洁保养+机电维养+土建维养等全部养护工作）、分项养护（将各专业工作分别发包的分项养护）等，应用合理的养护模式。突发应急解决如何保障安全和保通的问题，比如应用标准化应急处置、提高应急处置效率等。
对智慧化运维的理解
智慧化运维是依托信息、通信、自动化、人工智能等前沿技术，在隧道运行过程中对运营管理、检测监测、维养管理、节能减排等辅助决策和便捷操作，提升隧道运行安全性、降低人工劳动强度、提升隧道运管质效。
例如：在检测监测中，通过先进的检测监测传感技术和大数据分析预警及决策技术，实现对隧道健康状态的实时掌控和预警；在运营管理中，应用GIS可视化平台，结合物联网、大数据、高精度定位、无线射频识别等前沿技术，实现可视化、高效化的运营指挥；在维养管理中，通过信息化管养系统，实现养护工作全过程动态管理，如任务自动派发、实时反馈、统计分析、精准考核等；通过自动化技术来实现自动巡检、无人养护作业等；在节能减排方面，通过隧道环境数据采集分析，自动控制风机、水泵、照明等设备的运行，实现节能减排等。
专业化运维打造智慧隧道
南京目前已建成运营的穿江水下道路隧道有三条，分别为定淮门长江隧道、应天大街长江隧道、江心洲大桥夹江隧道，三条隧道均采用盾构法施工下穿长江，其中定淮门长江隧道5.1公里、应天大街长江隧道3.8公里、江心洲大桥夹江隧道1.8公里。由南京交通运管集团负责统一运营管理，并引入专业养护单位提供综合管养服务，定淮门长江隧道、江心洲大桥夹江隧道由中交养护集团（中国交建旗下的专业养护子集团）负责养护，养护实施过程中充分发挥了专业运维优势，开展全范围、全方位、全过程的隧道运营养护一体化服务。
5G标准化运营养护
在南京穿江水下道路隧道运行中，通过专业化运维打造5G运营养护。一是集中，建设集中管控的隧道智慧大脑中枢（隧道运营调度指挥中心），集各监控和指挥系统于一体。二是集约，建设集约高效的信息管理系统（隧道管养信息系统），高度集成隧道资产、监测、维养等方面的全过程信息化管理。三是急速，建立急速的高效应急处置机制，明确普通事件1分钟出警、7分钟到达现场、5分钟处置完成的响应处置标准。四是及时，开展及时的精准设施维养，高标准巡检、快速度响应、专业维修养护。例如对隧道受力、振动、变形等常规测项实时监测的同时，研发应用隧道渗漏水实时监测系统，针对盾构隧道管片接缝渗漏、螺栓孔渗漏等常见病害创新快速长效处置工法。五是极致，推行极致的精细管理和作业标准，所有养护班组专业化、半军事化管理，所有管养工序明确标准化、精细化作业流程，所有场地精心规划、整齐划一，所有养护服务量化考核。
图5 盾构管片接缝渗漏处置工法
智慧隧道建设
在南京穿江水下道路隧道运营中，研发了以“隧道运营指挥调度系统”“隧道管养信息化系统”为代表的、具有自主知识产权的多个业务信息化系统。这些系统的投用改变了传统的以人工为主的工作模式，奠定了南京穿江水下道路隧道的智能化运营基础，为过江通道的安全畅通提供了重要技术支撑。
隧道运营指挥调度系统基于二三维GIS可视化平台，归集隧道运营数据，以指挥调度和应急处置服务为主线，结合物联网、大数据、北斗高精度定位、无线射频识别、NFC近场通信等前沿技术，实现所运营的多条隧道一体化运营管理。
通过一张图全方位掌控资源、风险、数据，实现“点对点”的精确化、可视化指挥调度，完成运营管理由人工模式向系统模式的转变，隧道突发交通事故平均处置时间缩短至9分钟以内。
指挥调度子系统通过精准定位技术的应用及运维流程再造，强化过程监督、效果评价、突发事件人机协同等功能，实现系统指挥人、智能匹配预案的高效工作模式。指挥调度对实时报警中触发的报警进行一键式指挥调度，在指挥调度自动化操作平台里进行预案执行、调度指令执行、现场监控调取、协同联动指挥等工作。结合预案管理，自动更改情报板及信号灯、语音广播、风机等设备状态。事件处置信息及时发送给现场处置人员、管理者及关联单位。联动安全巡查员、巡视员、清障员、交警、消防等通过单兵作战APP协同处理事件，现场处置的视频、图片通过APP上传，处置过程形成事件时间轴，在指挥调度中心系统中实时展示。
图6 运营指挥调度系统服务体系
隧道管养信息化系统以数据为核心，通过WEB系统、BIM平台、电子巡检APP三大终端，精确反映隧道结构设施及机电设备的运行状况，实现隧道养护工作全过程信息化管理。隧道管养信息化系统获中国公路学会BIM创新工程一等奖。
Web端业务平台为全功能、全要素平台。可通过互联网访问，主要包括GIS可视化、资产管理、项目管理、任务管理、各类资产养护管理(巡查管理、经常检查、定检管理、状态评估、维养管理)、报告报表、应急管理、文档管理、标准知识库等。BIM平台的核心功能为数据展示、应急管理、任务发布、事件报警等，充分发挥其可视化优势，形成数据标准化集聚和管理平台，通过数据的模型化载体进行基于数据的生产管理。手持移动终端App的核心功能为任务驱动管理下的各类养管活动的执行(检查维养等)、应急管理、信息查询、紧急事件发布等；可在离线模式下实现数据采集、管理和记录；采用GPS、二维码等多种便捷模式，在不同工作场景下快速定位构件。
本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志
2022年 第1期 总第17期
作者 / 罗良乾 于洪亮 朱磊等
作者单位 / 中交基础设施养护集团有限公司
中交南京交通工程管理有限公司
编辑 / 李诗韵
美编 / 赵雯
责编 / 李诗韵
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲
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