高速公路隧道消防管道智能检测系统施工工法探究

陈翔

（山西交通建设监理咨询集团有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着国家大力发展智慧公路建设，车路协同对路端智慧化程度要求与日俱增，路端基础设施的安全稳定成为其中的重中之重。目前，公路隧道尚无消防系统管道渗漏监测系统，查找渗漏点时必须将电缆沟管道盖板全部掀开，并剥除整段管道保温层逐一排查；消防管道防冻主要采用电伴热系统，一旦电伴热系统出现异常，隧道管理站将无法及时发现问题。

山西监理咨询公司研制出一套隧道消防管道防漏防冻安全预警系统，通过设置在消防管道保温层内的“传感器—检测分站—检测主站”设备和系统软件实现消防管道渗漏和温度远程监测预警。但在实际施工时，检测传感器布设必须剥除该段保温层，然后将传感器固定在检测点管道外侧底部，而在修复保温层时极易造成传感器位移，偏离检测点，影响检测精度与灵敏度，最终影响远程检测、智能检测和安全预警。

同时，无法从包裹保温层的消防管道外观直接找到检测接口位置，只能依靠经验判断，查找可能存在接口的区域剥除保温层，费时费工费力，且容易漏掉检测点。而剥下的保温层容易污染环境，增加隧道交通安全隐患。此外，检测分站和主站在隧道内接线繁琐，施工耗时长，特别是对已通车隧道占路施工时间较长，影响隧道正常使用；隧道内接线工作条件较差，系统调试困难，现场监测仪器较为简单，一旦出现问题，排查、解决问题较为困难，易影响系统稳定性和可靠性。因此，亟需一种隧道消防管道防漏防冻智能检测设备施工方法。

为此，山西监理咨询公司整理总结多年来公路交通机电施工监理的经验方法，利用获得自主知识产权的无损检测装置和传感器植入器，形成了一套隧道消防管道防漏防冻智能检测设备施工工法。

1 工艺原理与工艺流程研究

1.1 智能检测设备管理结构及传感器工艺原理简述

隧道消防管道防漏防冻智能检测设备采用了传感器加分站、主站、隧道管理上位机的三级管理结构，如图1所示：

图1 隧道消防管道防漏防冻智能检测设备结构

通过分站采集所属传感器的湿度、温度、漏水电介质指标参数，在接受主站信息采集命令后，将采集的湿度、温度、漏水电介质指标参数信息上传到主站。之后，主站响应隧道管理站下发的信息采集指令，将分站采集的所属传感器湿度、温度、漏水电介质指标参数信息上传到隧道管理站防漏防冻监测服务器上。管理人员在隧道管理站的上位机利用隧道“消防管道防漏防冻远程监测安全预警系统”软件便可直观、方便地得到隧道消防管道渗漏水及防冻预警报警信息情况。

山西监理咨询公司研发拥有自主知识产权的温湿度漏水一体化综合检测传感器，利用高度集成化的技术方案，将温度、湿度和漏水检测集成为一个智能的检测传感器，填补了相关领域空白。

1.2 传感器分站组预连接和预调试

该施工工法将数个连接检测传感器的检测分站视为一个传感器分站组，再将复杂的隧道接线作业转化为室内预接线、预调试作业，现场作业时仅须将成组的传感器植入，并用绑带或铝箔胶带固定检测分站，各组之间及与主站间简单接线即可。且室内作业时，各种工具及检测设备齐全、接线快、故障查找与排除准确，最大限度地减少了隧道工况下的施工作业环节，极大地提升了施工效率，有效保障了系统的稳定性与可靠性。

1.3 传感器植入工艺原理

现有的传感器布设方式，存在无法保证传感器位于管道接口下部检测点的隐患，且对保温层破坏严重。山西监理咨询公司研发了拥有自主知识产权的消防管道传感器植入工具，该工具为中空植入杆，前部为刀刃状敞口结构，使用前将传感器放入植入杆中，手持植入工具对已确定的接口处、支管处和闸门处保温层实施穿刺式植入。

1.4 工艺流程

工艺流程，如图2所示。

2 关键技术及工艺

2.1 施工工艺简述

该系统在施工准备阶段应检测确认需要使用的传感器、检测分站、检测主站的技术指标，之后在室内完成传感器分站组的预连接与预调试，并运至施工现场。使用接口无损检测工具，检测标记出管道接口，现场展开已连接调试完毕的传感器分站组，用传感器植入工具将传感器安装在管道接口下方，使用铝箔胶带或绑带将检测分站及连接线固定在消防管道上，连接传感器分站组、主站、电源，并将主站接入隧道原有通讯网络系统，实现采集信息上传至隧道管理站上位机。最后将“消防管道防漏防冻远程监测安全预警系统”软件安装在隧管站上位机上，软件试运行后交工验收。

图2 隧道消防管道防漏防冻智能检测系统施工工艺流程图

2.2 传感器分站组预连接与预调试

将施工准备阶段检测技术指标合格的传感器与分站在室内完成接线，并将检测传感器ID对应编码，注意编码准确，做好相关记录，便于后续与隧道桩号对应和远程监控管理。

在室内利用先进、便利的电动工具，将检测分站按现场接线长度标准（隧道消防标准管件长度6m，预留0.2m作为备用）预连接全隧道，将隧道接线转化为室内接线作业，减少现场大量接线作业，提高隧道内施工效率。

预连接完成后，开展预调试、通电和老化试验，及时排查和消除设备故障，保证系统在施工时更加稳定可靠。为了便于运输和现场施工，将预连接好的传感器分站组拆成几节。

2.3 传感器植入

将各段传感器分站组运至现场展开，按已选定的检测点对应植入传感器，并保证植入工具插到底，使传感器准确布设在管道接口处、支管处、闸门处的底部检测点。到位后应先稳定传感器线缆，然后将植入工具轻轻抽出，完成传感器植入，注意不要将传感器带出或移动。

2.4 传感器分站组、主站电气连接

传感器植入后，用绑带或铝箔胶带将各分站在管道上固定稳牢。现场实际安装时如遇到支管、阀门检测点（数量远少于管道接口）时，则将该检测点分站两侧线缆有序盘起，适当调整。线缆过长不好盘起时可直接截断将各段传感器分站组重新连接，并安装PLC控制箱内主站，之后与隧道原有通讯设备做好连接。

3 实施效果

隧道消防管道防漏防冻智能检测设备自2016年开始在多条隧道点状实验，并在过程中结合实际情况不断优化，到2018年底已达到理想的施工效率与预警监测效果。2017年，首次在榆和高速公路云山隧道上进行全系统测试，实现了远程监控隧道内消防管道所处的内外部温湿度环境，及时准确地定位故障点，指导检修施工，极大地缩短了工期，智能检测与安全预警也初显成效。但也存在检测点选取困难，现场接线作业量大，施工周期长，效率较低的问题。随后山西监理咨询公司分析总结后，利用分组预连接预调试方式，研发了拥有自主知识产权的消防管道保温层内接口无损检测定位装置和传感器快速植入装置，完善了本工法，极大地缩短了工期，简化了施工程序。之后本工法应用于长平高速虹梯关隧道、长临高速良马1号隧道、黄花岭隧道、盘秀山隧道等项目均取得了更为理想的施工效果，施工技术逐步完善成熟。

工法利用传感器分站组的预连接与预调试方式，在室内按现场标准完成大量复杂接线及试验，现场使用接口无损检测工具检测标记出管道接口，然后用传感器植入工具将传感器安装在管道接口下方，使用铝箔胶带或绑带将检测分站及连接线固定在消防管道上，实施传感器分站组与组之间、主站与两侧分站间、主站与电源的电气连接，并将主站接入隧道原有通讯网络系统，实现采集信息上传至隧道管理站上位机。最后将“消防管道防漏防冻远程监测安全预警系统”软件安装在隧管站上位机上，实现隧道消防管道防漏防冻智能检测与安全预警功能。

经施工人、机、料计算，原有的设备安装方式，以4人为一个班组，完成检测点查找、保温层剥除、传感器布设、保温层修复、线路连接等工艺，每天仅可完成传感器安装及分站接线20个，当管道接口查找困难时，施工效率还会降低，容易因人为判断失误产生漏检点，且隧道施工环境下对各设备间接线、系统检测较为困难。此外，需要额外的保温层修补材料，并在沿线产生保温层废料，施工结束后需派专人专车清理清运；而利用本施工方法，两人一组每天可完成200个传感器安装及分站电气连接，效率提高20倍。系统设备一次接线成功率由80%提升至99%，节省了大量的现场调试时间和返工成本。施工中管道接口检测选点快速准确，1人1天可完成管道接口检测选点24km（4000个管道接口检测点）以上，选点效率提升巨大。利用工具植入传感器，无须额外的修补材料，也不产生其他废料，节约人工、材料成本，提高施工效率，方便快捷，安全环保。取得了良好的经济效益，极具推广前景和广泛的应用前景。

4 结束语

利用本工法所述分组预连接预调试、无损检测选点和传感器植入工艺，有效避免了传统方法带来的重复劳动、路面污染、阻断交通和存在安全隐患的社会问题，保障了系统在防渗漏和防冻过程中起到的引导作用，具有良好的行业技术进步促进作用，取得了良好的社会效益。