水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)研究

王少飛，涂 耘，王小軍

（1.招商局（集團(tuán)）重慶云途交通科技有限公司，重慶 400067；

2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司交通工程與節(jié)能分院，重慶 400067）

水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)研究

王少飛1，涂 耘2，王小軍2

（1.招商局（集團(tuán)）重慶云途交通科技有限公司，重慶 400067；

2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司交通工程與節(jié)能分院，重慶 400067）

交通工程設(shè)施是水下公路（道路）隧道的重要配套工程，對(duì)保障其安全、高效、節(jié)能運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)這一熱點(diǎn)問題，分析水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的差異，結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施（通風(fēng)設(shè)施、照明設(shè)施、綜合監(jiān)控設(shè)施、緊急呼叫設(shè)施、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)施、消防設(shè)施、逃生通道、排水設(shè)施、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)施、供配電設(shè)施、交通安全設(shè)施）的設(shè)置要求進(jìn)行梳理，并總結(jié)歸納了4種不同施工工法類型（鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法、堰筑法）水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

水下公路隧道；山嶺公路隧道；交通工程設(shè)施；工程設(shè)計(jì)

0 引言

自20世紀(jì)60年代開始，中國(guó)大陸地區(qū)的上海、寧波、廣州、廈門、青島、武漢、長(zhǎng)沙、南京、天津、杭州等地陸續(xù)興建了一批水下公路（道路）隧道，而世界級(jí)超級(jí)工程——港珠澳沉管公路隧道也正在建設(shè)之中。交通工程設(shè)施作為水下公路（道路）隧道的重要配套工程，對(duì)保障其安全、高效、節(jié)能運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，因而水下公路（隧道）交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)問題，但JTG D70/2—2014《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］、GB/T 18567—2010《高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)模式》［2］等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅適用于山嶺公路隧道，不能完全滿足水下公路（道路）隧道的工程建設(shè)需求；另一方面，按施工工法分類，水下公路（道路）隧道又分為鉆爆法隧道、盾構(gòu)法隧道、沉管法隧道、堰筑法隧道4種類型，每種型式的水下公路（道路）隧道對(duì)交通工程設(shè)施的配置要求亦不盡相同。

本文結(jié)合筆者編制《公路水下隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的體會(huì)，在對(duì)比水下公路（道路）隧道與山嶺公路隧道差異的基礎(chǔ)上，首次系統(tǒng)、全面地梳理了水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施的設(shè)置要求，并總結(jié)歸納了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)參考價(jià)值。

1 水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的對(duì)比

從影響交通運(yùn)行的角度，系統(tǒng)、全面地對(duì)比水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的差異，是開展水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)的前提，如表1所示。從表1可以看出，水下公路（道路）隧道與山嶺公路隧道的差異很大，尤其是盾構(gòu)法隧道和沉管法隧道。相比于山嶺公路隧道，水下公路（道路）隧道線形和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)防災(zāi)、減災(zāi)與應(yīng)急救援的要求更高。

2 水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)置

根據(jù)表1給出的水下公路（道路）隧道與山嶺隧道對(duì)比分析結(jié)果，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的交通工程設(shè)施設(shè)置進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比，如表2所示。從表2可以看出，除接地與防雷設(shè)施外，其他交通工程設(shè)施的設(shè)置均有較大的差異。在交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，需要面向特定工法施工的水下公路（道路）隧道進(jìn)行針對(duì)性和特色化設(shè)計(jì)。

表1 水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的對(duì)比分析Table 1 Comparison and contrast between underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels

表2 水下公路（道路）隧道與山嶺公路隧道交通工程設(shè)施的設(shè)置差異Table 2 Comparison and contrast between underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels in terms of traffic facilities

表2（續(xù)）

3 水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 通風(fēng)設(shè)施

由于水下公路（道路）隧道的交通量一般都很大，加之隧道出、入口縱坡較大，故在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)通風(fēng)能力的驗(yàn)算，以防止通風(fēng)能力不足導(dǎo)致隧道內(nèi)污染空氣在洞口積聚無法排出［3］。

鉆爆法隧道、堰筑法隧道一般采用縱向通風(fēng)排煙方式。雙洞單向交通盾構(gòu)隧道可采用縱向通風(fēng)排煙方式（典型案例：長(zhǎng)沙南湖路湘江隧道），當(dāng)雙洞單向交通盾構(gòu)隧道發(fā)生交通阻塞的概率較高時(shí)，宜采用重點(diǎn)排煙方式，利用頂部富余的拱形空間作為排煙風(fēng)道（典型案例：上海長(zhǎng)江隧道、杭州錢江隧道、武漢長(zhǎng)江隧道）；雙層雙向交通盾構(gòu)隧道宜利用側(cè)壁富余的空間作為排煙風(fēng)道（典型案例：南京緯三路長(zhǎng)江隧道）；沉管法隧道宜采用重點(diǎn)排煙方式，通常在行車道孔側(cè)壁設(shè)有專用排煙風(fēng)道（典型案例：港珠澳沉管隧道）。當(dāng)水下（道路）公路隧道采用重點(diǎn)排煙時(shí)，排煙口間距不宜大于60 m，且連續(xù)開啟的排煙口數(shù)量不宜少于3處［4］。

設(shè)有安全通道的沉管法隧道和盾構(gòu)法隧道（單層行車），應(yīng)在沉管段或盾構(gòu)段兩端設(shè)置加壓風(fēng)機(jī)，并在安全通道內(nèi)設(shè)置調(diào)壓風(fēng)機(jī)。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，向安全通道加壓送風(fēng)，以防止行車道內(nèi)的煙霧向安全通道內(nèi)蔓延，同時(shí)為逃生人員提供新鮮空氣。

此外，水下公路（道路）隧道的地下變電房、排水泵房、風(fēng)機(jī)房、設(shè)備房等各類附屬工程，應(yīng)根據(jù)其使用要求設(shè)置機(jī)械通風(fēng)及排煙設(shè)施。

3.2 照明設(shè)施

水下公路（道路）隧道加強(qiáng)照明和基本照明除應(yīng)符合JTG/T D70/2—01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》［5］的相關(guān)要求外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）隧道內(nèi)合流段、分流段的亮度不宜低于中間段亮度的3倍；2）在縱向安全通道、橫向聯(lián)絡(luò)通道、工作井疏散樓梯內(nèi)應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施，照度標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)低于100 lx；3）隧道出、入口應(yīng)強(qiáng)化減光措施，如設(shè)置遮光棚（典型案例：廈門翔安隧道）。

3.3 綜合監(jiān)控設(shè)施

綜合監(jiān)控設(shè)施是水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施的重要組成部分，需要通過綜合監(jiān)控設(shè)施將通風(fēng)、照明、消防、排水、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警、交通監(jiān)控、電力監(jiān)控、緊急呼叫等設(shè)施有效集成，使之構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。雙層行車盾構(gòu)隧道的綜合監(jiān)控設(shè)施構(gòu)成更為復(fù)雜，需要將隧道上、下層控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效整合。

3.4 緊急呼叫設(shè)施

緊急呼叫設(shè)施包括緊急電話系統(tǒng)和有線廣播系統(tǒng)，長(zhǎng)、特長(zhǎng)水下公路（道路）隧道還應(yīng)考慮設(shè)置無線廣播系統(tǒng)。當(dāng)采用無線廣播方式時(shí)，應(yīng)在隧道進(jìn)口前設(shè)置醒目標(biāo)志，以告知無線廣播頻率。

3.5 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)施

火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)施包括火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警設(shè)施和手動(dòng)報(bào)警按鈕設(shè)施。水下公路（道路）隧道應(yīng)同時(shí)采用線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器和點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器（或圖像型火災(zāi)探測(cè)器）［6］。水下公路（道路）隧道設(shè)備房、工作間內(nèi)應(yīng)配置智能感溫或感煙探測(cè)器；沉管隧道、盾構(gòu)隧道的電纜通道內(nèi)應(yīng)設(shè)置線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器。

3.6 消防設(shè)施

水下公路（道路）隧道內(nèi)配備的消防滅火設(shè)施一般包括消火栓、固定式水成膜泡沫滅火裝置、滅火器等。山嶺公路隧道發(fā)生火災(zāi)，即使結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，后期仍可通過加固維修等措施恢復(fù)其結(jié)構(gòu)安全；但水下公路（道路）隧道不同，一旦其結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重?fù)p壞，引起江河、湖泊、海水倒灌，可能導(dǎo)致隧道永久不可修復(fù)，故水下公路（道路）隧道防火要求遠(yuǎn)高于山嶺隧道。因此，允許貨車通行的長(zhǎng)、特長(zhǎng)水下公路（道路）隧道水下段還應(yīng)考慮設(shè)置水噴霧或泡沫噴霧設(shè)施。當(dāng)條件允許時(shí)，特長(zhǎng)水下公路（道路）隧道還可以自備消防車和消防摩托車。地下變電房、排水泵房、風(fēng)機(jī)房、設(shè)備房、縱向安全通道、橫向聯(lián)絡(luò)通道、工作井疏散樓梯也應(yīng)設(shè)置滅火器。此外，水下公路（道路）隧道地下變電房應(yīng)設(shè)置氣體滅火設(shè)施。

3.7 逃生通道

上下行分離的雙洞鉆爆法隧道之間應(yīng)設(shè)置橫向通道［7］，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1）人行橫通道設(shè)置間距宜取250 m，當(dāng)設(shè)有輔助疏散設(shè)施和泡沫噴霧設(shè)施時(shí)，其間距可適當(dāng)加大，但不應(yīng)大于500 m；2）車行橫通道設(shè)置間距可取750 m左右，不應(yīng)大于1 000 m。

單層行車盾構(gòu)隧道通常采用縱向通道疏散方式，即利用盾構(gòu)隧道內(nèi)行車道路面以下的空間建成縱向逃生通道，每隔一定間距設(shè)置緊急疏散口及滑（樓）梯，與路面之下的逃生通道連通，并沿其從隧道兩端工作井到達(dá)地面，以逃離火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域。橫向與縱向通道結(jié)合的疏散方式（典型案例：上海長(zhǎng)江隧道）是在縱向通道疏散方式的基礎(chǔ)上衍生而來的，即在兩孔盾構(gòu)隧道之間設(shè)置若干橫向聯(lián)絡(luò)通道，同時(shí)，在各盾構(gòu)隧道內(nèi)行車道路面以下的空間建成縱向逃生通道，構(gòu)成縱向、橫向配合的疏散設(shè)施。在雙層行車盾構(gòu)隧道中，上、下層之間設(shè)置逃生樓梯道，使上、下行車道層互為縱向逃生通道，該方式在所有雙層隧道中均采用（典型案例：上海復(fù)興東路越江隧道、上海上中路越江隧道、南京緯三路長(zhǎng)江隧道）。

以港珠澳沉管隧道為例，其采用兩孔單管廊橫斷面（雙向六車道），兩側(cè)為行車道孔，中間為綜合管廊；管廊內(nèi)分為3層，上層為專用排煙通道，中層為安全通道，下層為電纜溝和水泵房；沉管隧道中隔墻每隔90 m設(shè)置一處行人橫通道（設(shè)常閉甲級(jí)防火門，向安全通道方向開啟），連通上、下行車道孔及安全通道。在緊急情況下，兩孔行車隧道、安全通道均可作為疏散通道，但安全通道為最佳疏散通道。

3.8 排水設(shè)施

防止水淹也是水下公路（道路）隧道的防災(zāi)重點(diǎn)之一，因此，隧道一般需要設(shè)置機(jī)械排水系統(tǒng)，將隧道內(nèi)各類廢水及洞口敞口部分的雨水分段集中，經(jīng)排水泵提升后分別排入市政排水系統(tǒng)或附近的自然水體中。

3.9 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)施

為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水下公路（道路）隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，以保障其安全運(yùn)行，應(yīng)考慮引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)施，特別是沉管隧道和盾構(gòu)隧道。水下公路（道路）隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)符合CECS 333—2012《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［8］相關(guān)要求，并集成于綜合監(jiān)控設(shè)施中。

3.10 供配電設(shè)施

水下公路（道路）隧道電力負(fù)荷等級(jí)根據(jù)供電可靠性和中斷供電對(duì)人身生命、生產(chǎn)安全造成的危害及對(duì)經(jīng)濟(jì)影響的程度確定。其中，排水泵、消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)的電力負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)（特別重要負(fù)荷）。

設(shè)有中央控制管理設(shè)施的水下公路（道路）隧道應(yīng)設(shè)置電力監(jiān)控設(shè)施，并集成于綜合監(jiān)控設(shè)施中。電力監(jiān)控設(shè)施宜采用分層分布式結(jié)構(gòu)。

3.11 交通安全設(shè)施

在水下公路（道路）隧道出入口及隧道內(nèi)小半徑、長(zhǎng)大下坡、合流段、分流段等事故易發(fā)路段前，應(yīng)設(shè)置減速標(biāo)線和警告標(biāo)志；當(dāng)水下公路（道路）隧道內(nèi)設(shè)有匝道時(shí)，應(yīng)在隧道入口和分岔前設(shè)置分流或合流預(yù)告標(biāo)志；在水下公路（道路）隧道出入口的護(hù)欄端頭、隧道緊急停車帶端頭、主線分流端等部位，應(yīng)設(shè)置防撞墊；在進(jìn)入水下公路（道路）隧道前，應(yīng)連續(xù)設(shè)置不少于2道限高標(biāo)志，最后一道必須采用硬桿型防撞門架，各限高標(biāo)志之間應(yīng)保持一段距離，并能夠保證超高車輛及時(shí)分流，在門架前應(yīng)設(shè)置分流超高車輛的通道；在水下公路（道路）隧道線形變化較大路段、隧道分岔處，應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)駕駛者行駛方向的線形誘導(dǎo)標(biāo)，線形誘導(dǎo)標(biāo)每處設(shè)置數(shù)量不應(yīng)少于3塊；長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道應(yīng)在隧道入口前設(shè)置危險(xiǎn)品檢查站，其中，特長(zhǎng)隧道宜配備危險(xiǎn)品探測(cè)設(shè)施［9-15］。

4 結(jié)論與建議

1）從影響交通運(yùn)行的角度來看，水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的差異主要表現(xiàn)在隧道位置、長(zhǎng)度、線形、橫斷面、逃生通道設(shè)置、緊急停車帶設(shè)置、結(jié)構(gòu)安全和防災(zāi)重點(diǎn)等方面。在進(jìn)行水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮上述差異點(diǎn)。

2）水下公路（道路）隧道目前有4種施工工法，在進(jìn)行交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，需要面向特定工法施工的隧道進(jìn)行針對(duì)性和特色化設(shè)計(jì)。水下公路（道路）隧道的關(guān)鍵交通工程設(shè)施包括重點(diǎn)排煙設(shè)施、無線廣播設(shè)施、多類型的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)施、水噴霧或泡沫噴霧設(shè)施、多樣化的逃生通道、排水設(shè)施、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)施、高度集成的綜合監(jiān)控設(shè)施等，其設(shè)計(jì)方案直接影響到水下公路（道路）隧道是否能夠安全、高效、節(jié)能運(yùn)行。

3）本文首次總結(jié)歸納了不同工法水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，這對(duì)我國(guó)水下公路（道路）隧道交通工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)參考價(jià)值，相關(guān)研究成果已經(jīng)納入正在編制的交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水下隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》。

4）未來還需要考慮引入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新一代移動(dòng)通信等新興信息技術(shù)，建設(shè)智慧型水下公路（道路）隧道。

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［14］ 王少飛，劉桂強(qiáng)，曾磊，等.長(zhǎng)大公路隧道火災(zāi)事故專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案編制［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31（2）：197-200.（WANG Shaofei，LIU Guiqiang，ZENG Lei，et al.Working-out special emergency response plan of long and large road tunnel fire accidents［J］.Fire Science and Technology，2012，31（2）：197-200.（in Chinese））

［15］ 曾磊，王少飛，盧輝.高速公路長(zhǎng)大隧道防火減災(zāi)與應(yīng)急管理［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8（增刊1）：1584-1590，1625.（ZENG Lei，WANG Shaofei，LU Hui.Fire disaster reduction and emergency management of long highway tunnels［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2012，8（S1）：1584-1590，1625.（in Chinese））

Research on Design of Traffic Facilities of Underwater Road Tunnels

WANG Shaofei1，TU Yun2，WANG Xiaojun2

（1.China Merchants Chongqing CMtraffic Technology Co.，Ltd.，Chongqing 400067，China；2.China Merchants Chongqing Communications Research＆Design Institute Co.，Ltd.，Chongqing 400067，China）

Traffic facilities，which are important auxiliary parts of underwater road tunnels，play an important role in ensuring the safe，efficient and energy-saving operation of the tunnels.In the paper，the differences between the underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels are analyzed，the requirements for the arrangement of the traffic facilities（including ventilation facilities，illumination facilities，comprehensive monitoring facilities，emergency calling facilities，fire detection and alarming facilities，fire-fighting facilities，escape passage，drainage facilities，structural health monitoring facilities，power supply and distribution facilities，traffic safety facilities，etc.）of underwater road tunnels are summarized，and the key points in the design of the traffic facilities of underwater road tunnels constructed by drill and blast method，shield method，immersed tube method or cofferdam building method are also provided.

underwater road tunnel；mountain-crossing road tunnel；traffic facilities；design

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.11.015

U 459.5

A

1672-741X（2015）11-1209-05

2015-08-05；

2015-09-04

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAG07B05）；交通運(yùn)輸部公路工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂項(xiàng)目（廳公路字（2011）115號(hào)）

王少飛（1983—），男，陜西富平人，2008年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)，交通信息工程及控制專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事公路隧道交通工程和智能交通系統(tǒng)工程方面的科研、設(shè)計(jì)、咨詢工作。