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摘 要：双层隧道为大断面隧道工程，上层通车，下层行人，结构新颖，机电设备繁多，国内类似工程成功案例较少，可借鉴经验不多。本文结合温州某在建城市主干道双层隧道工程，对双层隧道机电及智能化系统分别从设计技术标准的采用、通风设计、照明设计、供配电设计、消防设计、监控设计、智能化管理设计各方面进行论述。相对于普通的公路或城市道路隧道机电工程来讲具有一定的创新，希望通过本文的分析与总结，为今后类似的双层隧道机电及智能化系统设计提供一些借鉴。
关键词：隧道;双层隧道;隧道机电;交通隧道;隧道智能化
0 引言
随着社会经济的发展，对交通需求普遍提高，近郊隧道普遍要求设计非机动车道;而《城市道路工程设计规范》规定：“对长度大于1 000 m的隧道，严禁在同一孔内设置非机动车道或人行道”。目前一般的做法多为在外侧设置非机专用隧道，在断面上出现了四洞并列的情况，隧道口占地很大，往往达到80 m到100 m的宽度，受现有的土地政策影响，分离式的四洞并列隧道往往很难实施。双层隧道结构提供了较好的解决方案，即可满足非机动车道的需求，又可满足少占用地的要求。该工程在隧道机电工程设计方面有所突破创新，可供同行借鉴。
1 工程概况
温州某在建城市主干道，设计速度60 km/h，机动车道双向六车道，路基宽度50 m，设置一座长隧道（左洞长1 360 m，右洞长1 430 m），隧道宽度13.75 m，采用双向六车道分离式双层隧道结构。隧道上层机动车道净宽13.75 m，净高：4.50 m;隧道下层非机动车道净宽6.5 m，净高：3 m。隧道电气标准横断面如图1所示。
2 设计技术标准
目前城市道路隧道相关的国家设计标准和规范不齐全，隧道机电设计主要参照《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》（JTGD70/2-2014）执行。项目为城市主干道，预测末年交通量为37 500（pcu/d），交通工程等级参照一级公路隧道的分级标准中的A级执行，相应的机电设施配置内容为：通风、照明、供配电、交通监控、火灾探测报警、消防设施、智能中央控制管理等设施。设计以安全、智能、经济、节能为基本原则，各系统均具有自动与手动操作功能。
消防系统主要参照《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）隧道分类要求，隧道上层为仅限通行非危险化学品等机动车，隧道长度L≤1 500 m分为三类城市交通隧道;下层为仅限人行或通行非机动车，隧道长度500 m 3 隧道通风系统
3.1 上层隧道通风设计
根据计算并考虑远期交通量增长需求，隧道左右洞机动车道均安装射流风机5组共10台（直径1120型，功率30 kW，其中1组2台为远期风机），总装机容量600 kW，换气频率近期3次/h、远期5次/h，每次换气不低于5分钟。
3.2 下层隧道通风设计
下层隧道为非机动车与人行隧道，无燃油车，《公路隧道通风设计细则》中采用CO和NO2设计浓度控制的不太适用于人行隧道，故下层隧道通风主要参照《公共场所集中空调通风系统卫生规范》（卫生部 2006）、《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2019）中的地下车站公共区通风标准执行，全新风量按30 m3/h/人的标准设计，换气频率近期5次/h，换气风速不应低于2.5 m/s;最小新风量按12.6 m3/h/人的标准设计，且不小于系统总风量的10%。
下层隧道分别在两端洞口地面中分带内设置风亭（内设消防通风两用卧式离心风机，功率28 kW），通过下层左侧专用通风道（内设双向射流风机6台，功率15 kW）送入新风，在非机动车道侧墙上每隔50 m设置一处通风孔（80 cm*80 cm，通风孔设1.5 kW可逆转的壁式变频轴流风机）。正常工况下，下层换气时由一端洞口卧式风机先开启送风状态，风道内的射流风机依次开启，另一端洞口卧式风机开启排风模式，通风孔向非机动车道内送入新鲜空气;火灾工况下，启动壁式变频轴流风机向风道内排烟。
4 隧道照明系统
上层隧道为双向六车道，行车速度60 km/h，根据《公路隧道照明设计细则》的相关规定，洞外亮度按3 000 cd/m2考虑，隧道照明由引入照明段1、引入照明段2、过渡照明段1、过渡照明段2、出口段、基本照明（亮度取值2.5 cd/m2）、应急照明。隧道洞口加强段采用120 W-LED灯两排布灯方式;洞内基本段采用80 W-LED燈双侧排交错布灯。
下层隧道照明：不设加强照明，仅为基本照明，光源采用50 W-LED灯，双侧交错布灯。
应急照明：分别由一个回路的基本段照明设成应急照明，应急回路由在线式EPS供电。
5 供配电系统
5.1 负荷分类与装机容量
隧道内应急照明、疏散标志、交通监控设施、通风及照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾检测报警控制设施、中央控制设施为一级负荷中特别重要的负荷;消防水泵、基本照明、排烟风机为一级负荷;通风机为二级负荷;其余隧道电力负荷均为三级负荷。
5.2 变电所设计
分别在隧道两端洞口各设一座变电所（各设置一台600 kVA的干式变压器）。两个变电所的供电范围为各承担一半隧道长度范围内的用电设备。变电所10 kV侧采用单母线接线方式;变电所0.4 kV侧采用单母线分段接线方式，两段母线间设置分段断路器，并设置电源自动切换装置，正常运行时，母联断路器合闸两段母线由变压器供电，当变压器因故退出运行时，母联断路器自动断开，由自备柴油发电机组（300 kVA）为0.4 kV二段母线上的一级负荷供电。
为保证在外线意外停电时能维持隧道洞内部分照明用电，在隧道变电所内设有应急电源-EPS。同时低压系统采用了最新的SVG-动态无功补偿系统，功率因数cosφ控制在0.9以上，提高电网效率和安全性。 5.3 电缆敷设
低压配电系统采用TN-S系统，电缆敷设采用树干放射式方法布线，4芯干线电缆沿电缆管沟敷设至各配电箱，再采用5芯支线电缆放射至用电区域。火灾工况仍需运行的设备电缆应采用耐火电缆，其余电缆应采用阻燃电缆。配电箱统一安装在上层侧壁洞室内，下层电缆通过预埋管道穿线敷设。
6 消防系统
6.1 上层隧道消防设施
上层隧道由干粉灭火器、水成膜泡沫灭火装置及消防火栓组成的综合灭火系统，消防水由隧道口消防泵房供给。隧道内防火区间50 m。
6.2 下层非机动车道消防设施
下层隧道仅限人行或通行非机动车，无油类火灾，故消防采用干粉灭火器和喷淋系统组成。喷淋管沿非机动车道顶部纵向布设，每隔4.5 m设置一个自动启闭式洒水喷头，动作温度大于65度。喷淋系统同时起到降温和水幕隔烟作用，能将一定量的烟雾隔离在起火段落内，通过通风孔的排烟风机将烟排入风道内。
6.3 消防泵房
由于近郊隧道山顶无可收集的地表水，消防水源只能采用自来水管网补给，在隧道东端设一座消防加压泵房。泵房与水池一体，400立方的蓄水池全部埋置在中央分隔带下，泵房下部埋置地下，地面设置一个亭式检修入口。泵房内设置机械加压系统，由隔膜式气压罐提供常高压水压力，保障隧道消防用水压力要求。
6.4 火灾检测与报警系统
上层隧道火灾检测与报警系统采用火焰探测和手动报警系统，系统由隧道内的火灾报警综合盘（含双波长火焰探测器及手动报警按钮）、中控室的警铃、消防报警主机以及连接线缆等组成，采用总线制形式。
下层隧道火灾检测与报警系统采用感温光纤和手动报警系统，系统由隧道内顶部纵向安装的感温光纤和中控室的光纤接续盒、光纤测温主机组成，光纤测温主机采用网络协议模块与消防报警主机连接。
7 监控设计
7.1 传输网络系统
传输网络采用工业以太网设备组成100 M冗余光纤双环网（两条光纤并列运行），各区域控制器之间及区域控制器与中控室控制计算机之间的以太网进行信息交换，实现各子系统和区域控制器、服务器间的互联，构成统一、开放、可靠、安全的局域网。各子系统之间通过VLAN（虚拟局域网）进行安全隔离。
7.2 交通监控系统（外场设备）
系统由中控室内的控制台、交通控制计算机、室外的交通区域控制器、信号灯、车道指示器、可變限速标志、高清摄像机、设备箱柜、连接电缆、接线盒等组成。系统属主从计算机分布式控制系统。管理室设中心计算机，现场设区域控制器。
隧道内设置了车道指示器、可变限速标志、交通区域控制器，在隧道的左右洞入口处设置可变信息标志板及四可变交通信号灯。
上层隧道和下层隧道均每隔150 m设置一台自动光圈的定焦距高清摄像机;各隧道洞口均配置自带全天候防护罩的云台遥控摄像机，以便观察隧道口附近的车流。
7.3 紧急电话和有线广播系统
在隧道内大约每隔200 m设置一台（左右线）紧急电话。在隧道监控室设置紧急电话控制主机，管理所属的紧急电话分机。紧急电话采用光纤型紧急电话。
上层隧道和下层隧道均沿线设置广播设施，隧道洞口外设置高音喇叭。上下层广播独立线路，运营时下层广播可播放轻音乐或新闻等内容，以缓解下层行人的压抑紧张感。
有线广播系统由设置于隧道内外的扬声器、设置于隧道监控室的扩音机、有线广播控制器和监听设备以及连接线缆等组成。
8 智能化中央管理系统
在隧道东端洞口外设一处隧道监控管理中心，建立中央智能管理与控制系统。系统采用计算机局域网结构方式，设置2台中心服务器（一备一用）。各子系统有独立的工作站作为控制计算机，通过网络节点与服务器相连。设置一台智能化联动控制管理机，负责统一协调管理通风及照明控制、交通控制、火灾报警集中控制、闭路电视控制、广播系统控制及电力监测等。
中央管理系统接受外场设备送来的数据，能够对它们进行实时运算、分析与处理，准确地判断道路上的交通运行情况及事故发生情况，并显示相关信息。
监控室计算机在事故自动检测的基础上自动选择响应的交通控制方案，经控制台操作员确认后，下发执行。特殊情况下，应有人工干预控制方式，中断正常程序，进入紧急处理程序，准备好相应的控制指令，待值班人员综合闭路电视、火灾检测、巡逻车等报警信息确认后执行。
控制方案应是综合方案，不只是一个单一子系统的动作，应全面考虑隧道内、外交通运营状态后形成的各个子系统的联合协调动作，以保证隧道交通处于最佳状态。
9 节能设计
9.1 通风节能
在上层隧道进口设置车流检测器，在隧道内设置了CO-VI检测器，数据信号上传至管理中心，通风控制器根据预设的限值自动开启隧道内的风机，在安全运营下达到节能效果。
在下层隧道进出口设置人流检测器，数据信号上传至管理中心，通风控制器根据预设的限值自动开启隧道内的风机，在安全运营下达到节能效果。
9.2 照明节能
照明光源采用LED节能灯，同时照明控制采用了智能调光控制系统，隧道口设置了照度仪，数据信号上传至管理中心，调光控制器可根据车流量和洞内外亮度的变化情况自动调节洞内亮度，最大的程度的实现照明节能效果。
10 结语
目前，随着我国经济的飞速发展，交通基础设施建设和城市建设均提出了更高的需求，土地保护政策越来越严格，近郊有非机通行需求的隧道可考虑采用双层隧道方案，相信未来会有更多的双层隧道投入建设。这种双层隧道机电和智能化管理与普通单洞隧道有较大的区别，在安全、智能、经济、节能方面均需要进一步的深入研究，希望本文能够起到抛砖引玉的效果，通过更多的工程案例总结出更好的经验供同行借鉴。
参考文献：
[1]国家行业标准.JTG 3370.1-2018，公路隧道设计规范 第一册 土建工程[S].北京：人民交通出版社，2019.
[2]国家行业标准.JTG D70/2-2014，公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施[S].北京：人民交通出版社，2014.
关键词：隧道;双层隧道;隧道机电;交通隧道;隧道智能化
0 引言
随着社会经济的发展，对交通需求普遍提高，近郊隧道普遍要求设计非机动车道;而《城市道路工程设计规范》规定：“对长度大于1 000 m的隧道，严禁在同一孔内设置非机动车道或人行道”。目前一般的做法多为在外侧设置非机专用隧道，在断面上出现了四洞并列的情况，隧道口占地很大，往往达到80 m到100 m的宽度，受现有的土地政策影响，分离式的四洞并列隧道往往很难实施。双层隧道结构提供了较好的解决方案，即可满足非机动车道的需求，又可满足少占用地的要求。该工程在隧道机电工程设计方面有所突破创新，可供同行借鉴。
1 工程概况
温州某在建城市主干道，设计速度60 km/h，机动车道双向六车道，路基宽度50 m，设置一座长隧道（左洞长1 360 m，右洞长1 430 m），隧道宽度13.75 m，采用双向六车道分离式双层隧道结构。隧道上层机动车道净宽13.75 m，净高：4.50 m;隧道下层非机动车道净宽6.5 m，净高：3 m。隧道电气标准横断面如图1所示。
2 设计技术标准
目前城市道路隧道相关的国家设计标准和规范不齐全，隧道机电设计主要参照《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》（JTGD70/2-2014）执行。项目为城市主干道，预测末年交通量为37 500（pcu/d），交通工程等级参照一级公路隧道的分级标准中的A级执行，相应的机电设施配置内容为：通风、照明、供配电、交通监控、火灾探测报警、消防设施、智能中央控制管理等设施。设计以安全、智能、经济、节能为基本原则，各系统均具有自动与手动操作功能。
消防系统主要参照《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）隧道分类要求，隧道上层为仅限通行非危险化学品等机动车，隧道长度L≤1 500 m分为三类城市交通隧道;下层为仅限人行或通行非机动车，隧道长度500 m
3.1 上层隧道通风设计
根据计算并考虑远期交通量增长需求，隧道左右洞机动车道均安装射流风机5组共10台（直径1120型，功率30 kW，其中1组2台为远期风机），总装机容量600 kW，换气频率近期3次/h、远期5次/h，每次换气不低于5分钟。
3.2 下层隧道通风设计
下层隧道为非机动车与人行隧道，无燃油车，《公路隧道通风设计细则》中采用CO和NO2设计浓度控制的不太适用于人行隧道，故下层隧道通风主要参照《公共场所集中空调通风系统卫生规范》（卫生部 2006）、《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2019）中的地下车站公共区通风标准执行，全新风量按30 m3/h/人的标准设计，换气频率近期5次/h，换气风速不应低于2.5 m/s;最小新风量按12.6 m3/h/人的标准设计，且不小于系统总风量的10%。
下层隧道分别在两端洞口地面中分带内设置风亭（内设消防通风两用卧式离心风机，功率28 kW），通过下层左侧专用通风道（内设双向射流风机6台，功率15 kW）送入新风，在非机动车道侧墙上每隔50 m设置一处通风孔（80 cm*80 cm，通风孔设1.5 kW可逆转的壁式变频轴流风机）。正常工况下，下层换气时由一端洞口卧式风机先开启送风状态，风道内的射流风机依次开启，另一端洞口卧式风机开启排风模式，通风孔向非机动车道内送入新鲜空气;火灾工况下，启动壁式变频轴流风机向风道内排烟。
4 隧道照明系统
上层隧道为双向六车道，行车速度60 km/h，根据《公路隧道照明设计细则》的相关规定，洞外亮度按3 000 cd/m2考虑，隧道照明由引入照明段1、引入照明段2、过渡照明段1、过渡照明段2、出口段、基本照明（亮度取值2.5 cd/m2）、应急照明。隧道洞口加强段采用120 W-LED灯两排布灯方式;洞内基本段采用80 W-LED燈双侧排交错布灯。
下层隧道照明：不设加强照明，仅为基本照明，光源采用50 W-LED灯，双侧交错布灯。
应急照明：分别由一个回路的基本段照明设成应急照明，应急回路由在线式EPS供电。
5 供配电系统
5.1 负荷分类与装机容量
隧道内应急照明、疏散标志、交通监控设施、通风及照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾检测报警控制设施、中央控制设施为一级负荷中特别重要的负荷;消防水泵、基本照明、排烟风机为一级负荷;通风机为二级负荷;其余隧道电力负荷均为三级负荷。
5.2 变电所设计
分别在隧道两端洞口各设一座变电所（各设置一台600 kVA的干式变压器）。两个变电所的供电范围为各承担一半隧道长度范围内的用电设备。变电所10 kV侧采用单母线接线方式;变电所0.4 kV侧采用单母线分段接线方式，两段母线间设置分段断路器，并设置电源自动切换装置，正常运行时，母联断路器合闸两段母线由变压器供电，当变压器因故退出运行时，母联断路器自动断开，由自备柴油发电机组（300 kVA）为0.4 kV二段母线上的一级负荷供电。
为保证在外线意外停电时能维持隧道洞内部分照明用电，在隧道变电所内设有应急电源-EPS。同时低压系统采用了最新的SVG-动态无功补偿系统，功率因数cosφ控制在0.9以上，提高电网效率和安全性。 5.3 电缆敷设
低压配电系统采用TN-S系统，电缆敷设采用树干放射式方法布线，4芯干线电缆沿电缆管沟敷设至各配电箱，再采用5芯支线电缆放射至用电区域。火灾工况仍需运行的设备电缆应采用耐火电缆，其余电缆应采用阻燃电缆。配电箱统一安装在上层侧壁洞室内，下层电缆通过预埋管道穿线敷设。
6 消防系统
6.1 上层隧道消防设施
上层隧道由干粉灭火器、水成膜泡沫灭火装置及消防火栓组成的综合灭火系统，消防水由隧道口消防泵房供给。隧道内防火区间50 m。
6.2 下层非机动车道消防设施
下层隧道仅限人行或通行非机动车，无油类火灾，故消防采用干粉灭火器和喷淋系统组成。喷淋管沿非机动车道顶部纵向布设，每隔4.5 m设置一个自动启闭式洒水喷头，动作温度大于65度。喷淋系统同时起到降温和水幕隔烟作用，能将一定量的烟雾隔离在起火段落内，通过通风孔的排烟风机将烟排入风道内。
6.3 消防泵房
由于近郊隧道山顶无可收集的地表水，消防水源只能采用自来水管网补给，在隧道东端设一座消防加压泵房。泵房与水池一体，400立方的蓄水池全部埋置在中央分隔带下，泵房下部埋置地下，地面设置一个亭式检修入口。泵房内设置机械加压系统，由隔膜式气压罐提供常高压水压力，保障隧道消防用水压力要求。
6.4 火灾检测与报警系统
上层隧道火灾检测与报警系统采用火焰探测和手动报警系统，系统由隧道内的火灾报警综合盘（含双波长火焰探测器及手动报警按钮）、中控室的警铃、消防报警主机以及连接线缆等组成，采用总线制形式。
下层隧道火灾检测与报警系统采用感温光纤和手动报警系统，系统由隧道内顶部纵向安装的感温光纤和中控室的光纤接续盒、光纤测温主机组成，光纤测温主机采用网络协议模块与消防报警主机连接。
7 监控设计
7.1 传输网络系统
传输网络采用工业以太网设备组成100 M冗余光纤双环网（两条光纤并列运行），各区域控制器之间及区域控制器与中控室控制计算机之间的以太网进行信息交换，实现各子系统和区域控制器、服务器间的互联，构成统一、开放、可靠、安全的局域网。各子系统之间通过VLAN（虚拟局域网）进行安全隔离。
7.2 交通监控系统（外场设备）
系统由中控室内的控制台、交通控制计算机、室外的交通区域控制器、信号灯、车道指示器、可變限速标志、高清摄像机、设备箱柜、连接电缆、接线盒等组成。系统属主从计算机分布式控制系统。管理室设中心计算机，现场设区域控制器。
隧道内设置了车道指示器、可变限速标志、交通区域控制器，在隧道的左右洞入口处设置可变信息标志板及四可变交通信号灯。
上层隧道和下层隧道均每隔150 m设置一台自动光圈的定焦距高清摄像机;各隧道洞口均配置自带全天候防护罩的云台遥控摄像机，以便观察隧道口附近的车流。
7.3 紧急电话和有线广播系统
在隧道内大约每隔200 m设置一台（左右线）紧急电话。在隧道监控室设置紧急电话控制主机，管理所属的紧急电话分机。紧急电话采用光纤型紧急电话。
上层隧道和下层隧道均沿线设置广播设施，隧道洞口外设置高音喇叭。上下层广播独立线路，运营时下层广播可播放轻音乐或新闻等内容，以缓解下层行人的压抑紧张感。
有线广播系统由设置于隧道内外的扬声器、设置于隧道监控室的扩音机、有线广播控制器和监听设备以及连接线缆等组成。
8 智能化中央管理系统
在隧道东端洞口外设一处隧道监控管理中心，建立中央智能管理与控制系统。系统采用计算机局域网结构方式，设置2台中心服务器（一备一用）。各子系统有独立的工作站作为控制计算机，通过网络节点与服务器相连。设置一台智能化联动控制管理机，负责统一协调管理通风及照明控制、交通控制、火灾报警集中控制、闭路电视控制、广播系统控制及电力监测等。
中央管理系统接受外场设备送来的数据，能够对它们进行实时运算、分析与处理，准确地判断道路上的交通运行情况及事故发生情况，并显示相关信息。
监控室计算机在事故自动检测的基础上自动选择响应的交通控制方案，经控制台操作员确认后，下发执行。特殊情况下，应有人工干预控制方式，中断正常程序，进入紧急处理程序，准备好相应的控制指令，待值班人员综合闭路电视、火灾检测、巡逻车等报警信息确认后执行。
控制方案应是综合方案，不只是一个单一子系统的动作，应全面考虑隧道内、外交通运营状态后形成的各个子系统的联合协调动作，以保证隧道交通处于最佳状态。
9 节能设计
9.1 通风节能
在上层隧道进口设置车流检测器，在隧道内设置了CO-VI检测器，数据信号上传至管理中心，通风控制器根据预设的限值自动开启隧道内的风机，在安全运营下达到节能效果。
在下层隧道进出口设置人流检测器，数据信号上传至管理中心，通风控制器根据预设的限值自动开启隧道内的风机，在安全运营下达到节能效果。
9.2 照明节能
照明光源采用LED节能灯，同时照明控制采用了智能调光控制系统，隧道口设置了照度仪，数据信号上传至管理中心，调光控制器可根据车流量和洞内外亮度的变化情况自动调节洞内亮度，最大的程度的实现照明节能效果。
10 结语
目前，随着我国经济的飞速发展，交通基础设施建设和城市建设均提出了更高的需求，土地保护政策越来越严格，近郊有非机通行需求的隧道可考虑采用双层隧道方案，相信未来会有更多的双层隧道投入建设。这种双层隧道机电和智能化管理与普通单洞隧道有较大的区别，在安全、智能、经济、节能方面均需要进一步的深入研究，希望本文能够起到抛砖引玉的效果，通过更多的工程案例总结出更好的经验供同行借鉴。
参考文献：
[1]国家行业标准.JTG 3370.1-2018，公路隧道设计规范 第一册 土建工程[S].北京：人民交通出版社，2019.
[2]国家行业标准.JTG D70/2-2014，公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施[S].北京：人民交通出版社，2014.