二郎山隧道信号控制分析二郎山隧道信号控制分析 要要：本文以一条特长隧道为例，按照分区控制的思路，研究其信号设置的方法，防灾控制时对信号的显逻辑要求，控制手段以及实施分区控制的条件，对其它类似隧道有参考意义关键词关键词：隧道信号控制 逻辑控制方案 信号设置在特长隧道运营管理中，交通信号兼起正常交通管理与防灾疏导两大作用正常管理是当隧道进行维护或有特殊情况发生时的控制管理，主要是由人工 干预控制而防灾控制则是在发生火灾或事故情况下所实施的自动疏散管理控制本文以川藏公路二郎山隧道的信号设置为例分析其设计思路、控制依据，进而给出 控制方案由于人工控制相对较简单，本文不做深探，仅对发生灾情情况下的信号控制预以分析，愿能对其它隧道的防灾设计提供借鉴1.1. 工程简况工程简况川藏公路二郎山隧道全长 4160m，为双向运行隧道隧道设置通风平行导洞，可兼在灾情发生时作为紧急疏散通道为此，在洞内设置了 8 条车行通道及 9 条 人行通道，作为主洞与平行导洞的连接道，每条车行横洞的间距约 460m作为预警防灾的主要手段，洞内外配置了电视摄像机 19 台，洞内每 250m 设置一 台；洞内设置了紧急 20 部，每 200m设置一部；手动报警按钮每 50m 设一处，共计 249 个；隧道内共设置了各类控制信号灯 18处，紧急出口灯 19 处，导洞灯 18 处。
线式金属温度探测器每 50m 为一区域，共计 80 个区域报警器中心控制器采用 OMRON 的 CS1 可编程控制器隧道情况参见图 1图 1 隧道信号设置及分区情况2.2. 信号设置信号设置根据本隧道为双向运行并紧急情况下应以平行导洞 作为疏散通道的要求，信号设置原则为两洞口及各车行通道口各设设置信号灯分别为图上 XL1、XL2、XL3XL9 及XR1、XR2、XR3…XR9，将 隧道分成 9 个区，分别为 A1、A2、A3、…A9 区，以满足指示车辆及时疏散在人行通道附近设置非常出口指示灯，以指示人员疏散，但不分区控制（图中未 画出）分区情况详见图 13.3. 信号控制依据信号控制依据隧道内发生灾情的性质按轻重来分可分为两种： 一是发生火灾或较大交通事故而导致交通中断并急需疏散车辆，此时是最危险的情况，这时自动温度报警器应感知灾情的发生，此外发生火灾或大的交通事故时驾驶 员应该会想到按动手动报警按钮，这两种灾情报警输入信号是应该自动反馈给控制中心，并经自动判断控制疏散信号变化的；第二种是一般性的事故，由报警、 摄像机所摄取的信号等，虽然也报警，但因未中断正常交通，不致启动自动控制方案，可根据管理人员的判断确定控制策略。
相比而言，第二种情况较简单，可通过 人手动控制干预即可；第一种情况控制策略相对较复杂，也是我们关心的重点本隧道在隧道内每 50M 设置有手动报警按钮，隧道顶部设置有金属线式感温式报警器，每 50 米为一个报警区间，每个分区的信号控制将依据这些传感器的反馈信号而定每个分区将至少有 9 个手动报警信号及 9 个自动报警信号输入4.4. 信号控制思路信号控制思路4.1 正常情况下在正常情况下隧道为双向运行，因此两侧洞口信号均显示绿灯，洞内信号均显示直行绿灯；在进行交通管制时，可选择定时一个方向通行，相应本方向显示绿灯，对应侧则显示红灯；在发生洞内检修或排除故障阶段两方向均不可通行，洞口两侧及洞内均显示红灯4.2 灾情发生情况下即为上述的第一种情况，第一种情况又可分为小规模的灾情和大规模的灾情定义小规模的灾情为在灾情发生的前 10min，灾情仅局限在本一个区内；大规模 的灾情为在灾情发生的前 10min 内，灾情已波及相邻两个区或以上的情况现对上述两种情况下的灾情疏散措施一一描述4.2.1 仅有一个区报警情况下以 A3 区为例，在发生灾情情况下，从防灾控制要求来考虑，两侧洞外车辆均不可入内，进入洞内车辆的按图 2 疏散路线疏散，其中已通过灾区的车辆直行由主洞出洞，向灾区方向行进的车辆由就近车行通道进入平行导洞由就近侧出平导，注意信号设置要求不可在隧道内掉头。
图 2 仅一个区发生灾情况下的疏散路线4.2.2 当相邻两区发生灾情情况下以 A3、A4 区同时报警的情况为例，从防灾控制要求来考虑，两侧洞外车辆均不可入内，进入 洞内车辆的按图% 疏散路线疏散，其中已通过灾区的车辆直行由主洞出洞，向灾区方向行进的车辆由就近车行通道进入平行导洞由就近侧出平导，注意信号设置要求不可在隧道内掉 头同样，相邻二区以上发生灾情时，说明灾情已经蔓延，其疏散路线亦可参照相邻疏散方案类似情况处理图 3 相邻区发生灾情况下的疏散路线4.2.3 不相邻区发生灾情的情况 由于同时洞内有两处且不相邻区域发生灾情这种几率很少，可不作为考虑对象5.5. 控制逻辑控制逻辑5.1 正常手动控双向运行： XL1-XL9=1，XR1-XR9=1单向运行： ①XL1-XL9=1， XR1-XR9=0；②XL1-XL9=0，XR1-XR9=1隧道关闭： XL1-XL9=0，XR1-XR9=0信号灯关闭： XL1-XL9=#，XR1-XR9=#注：“1“-绿灯，“0“-红灯，“#“-关机5.2 灾情情况下1）仅一个区报警情况下根据以上控制思路可得出如表 1 的卡诺图：仅一个区报警时的卡诺图 表 1由上表可得出如下信号显示方案：XL1=0； XR1=0；XL2=A1； XR2=A9；XL3=A1+A2； XR3=A9+A8；XL4=A1+A2+A3； XR4=A9+A8+A7；… …XL9=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8 XR9=A9+A8+A7+A5+A4+A3+A2）相邻区同时报警情况下根据以上控制思路可得出如表 2 卡诺图：相邻区同时报警时的卡诺图 表 2由上表可得出如下信号显示方案：XL1=0； XR1=0；XL2=0； XR2=0；XL3=A1.A2； XR3=A9.A8；XL4=A1.A2+A2.A3； XR4=A9.A8+A8.A7；XL5=A1.A2+A2.A3+A3.A4 XR5=A9.A8+A8.A7+A7.A6… …XL9=A1.A2+A2.A3+A3.A4+…+A7.A8 XR9= A9.A8+A8.A7+A7.A6+…+A3.A23）分析单区报警和相邻区域同时报警二情况的优先级别（1）火灾事故的发生是逐渐蔓延并感知的过程，所以从时间顺序来看，单区报警在前，邻区同时报警在后。
2）当发生相邻区域同时报警时，该信号控制方案应为优先6.6. 控制方案的实现控制方案的实现根据上述显示方案，设计中采用主控 PLC 配合现场光传输 I/O 单元完成其逻辑功能的控制过程现场光 I/O 单元负责收集各检测单元（手动按钮、温度越限自动报警信号）的输入信息，后经光纤传输至中控中心 PLC，最后由中控 PLC 进行逻辑判断，输出控制方案通过光纤至光 I/O 单元输入端再控制各信号灯，完成整个控制过程，参见图 4图 4 信号控制过程7.7. 信号灯的设置方案信号灯的设置方案由以上分析可知，在发生灾情状况下，某区段的信号要根据本区段报警情 况适时改变灯色，但我们可以发现，当 A3 区发生火灾时，进入洞内的车辆应及时由平行导洞左转（由泸定至天全方向）或右转（由天全至泸定方向）离开主洞，而 信号灯显示绿、红两色显然是不够的，这就要增加一个左转及右转信号，实际采用的是在平导口设置平导指示信号灯，平时不显示，当有紧急情况时显示但应注意 在报警状态下，XL2-XL9 与右转平导灯显示互为“非“，XR2-XR9 与左转平导灯显示互为“非“具体显示方案如图 58.8. 结论结论分区控制方式可以做到发生灾情时洞外车辆不进洞，洞内车辆有出路。
可有效的管理隧道内的车辆，避免在发生事故或火灾情况下下引起的混乱，减少灾情发生造 成的损失当然，实施这种控制的前提是要有合适数量的车行横洞，洞内还要有较完善的检测传感器实际发生灾情时还应配合其它管理措施才有可能防患于未燃， 使灾情造成的损失减至最小在工程施工过程中，由于技术的发展，当时产品的限制，将主控 PLC 由 CH200 改成CS1 系列机型，另外将原设计的紫铜管空气火灾探测器改为线式火灾探测器，上述改动并不影响总体控制方案的实现在此特予以说明图 5 发生灾情时显示方案参考文献参考文献1. 公路隧道设计规范.JTJ026-90.北京：人民交通出版社，19902. 公路隧道通风照明设计规范 JTJ026.1-1999 北京：人民交通出版社，19993. 川藏公路二郎山隧道设计文件. 中交第一公路勘察设计研究院，1995.10。