長大地鐵海底隧道工程總體布置方案研究

羅江勝，史宣陶，莊威，繆道平

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

0 引言

我國沿海的青島、廈門等城市目前已建成運營的地鐵海底隧道為：青島地鐵1號線和8號線膠州灣海底隧道、廈門軌道交通2號線海底隧道等，概況見表1。

表1 國內(nèi)地鐵建成運營海底隧道概況表

青島地鐵2號線膠州灣海底隧道工程目前處于前期研究階段，該海底隧道工程從黃島區(qū)黃島碼頭站穿越膠州灣至青島市區(qū)輪渡站，車站間距為8.3km，區(qū)間隧道全長8.1km，在膠州灣兩側(cè)設(shè)置2座中間風(fēng)井，海域段風(fēng)井間最大長度5.5km。方案概況見表2。

表2 青島地鐵2號線膠州灣海底隧道方案概況表

青島地鐵2號線膠州灣海底隧道海域段長度、防災(zāi)疏散與救援以及工程實施難度均超過上述已建成運營的3座地鐵海底隧道，總體布置方案值得研究與探討。

1 選線方案研究

1.1 地鐵海底隧道選線原則

（1）地鐵海底隧道在前期規(guī)劃研究階段，需結(jié)合兩岸城市總體規(guī)劃、海域使用、海域工程地質(zhì)、海域水文地質(zhì)、海洋環(huán)評、控制性建（構(gòu)）筑物等對過海段線路走向及車站設(shè)置需進行多方案比選，選擇合理的線站位方案，并對海底隧道走廊進行規(guī)劃控制。

（2）規(guī)劃選線需盡量縮短海域段線路長度并控制兩端中間風(fēng)井距離，盡量減少地鐵海底隧道防災(zāi)救援、人員疏散難度及壓力，在規(guī)劃選線階段要初步落實中間風(fēng)井位置并進行規(guī)劃控制。

（3）海域段線路縱斷面需結(jié)合海底地形、海域工程地質(zhì)、海域水文地質(zhì)、隧道工法等情況合理確定，需滿足海底隧道合理埋深要求，并保證隧道施工和運營安全。

1.2 地鐵海底隧道埋深標(biāo)準(zhǔn)

地鐵海底隧道的縱斷面主要取決于線路限坡（30‰）和隧道合理埋深，如果限坡給定，決定海底隧道長度的主要因素是隧道的合理埋深。巖石覆蓋厚度太小會增加隧道喪失穩(wěn)定的可能性，增加隧道涌水量，間接增加支護、防滲和排水費用。加大巖石覆蓋厚度意味著增大隧道埋深，增加隧道兩端車站埋深，增大車站出入口長度，降低車站服務(wù)水平。隧道巖石覆蓋厚度的確定存在一個優(yōu)選問題?？赏ㄟ^工程類比法、挪威圖表法、日本經(jīng)驗公式、國內(nèi)頂水采煤經(jīng)驗法、數(shù)值模擬計算、權(quán)函數(shù)法等方式實現(xiàn)。

青島地鐵2號線過海隧道最小巖石覆蓋厚度的確定原則：首先，由于海底隧道的特殊性，圍巖穩(wěn)定性至關(guān)重要；其次，從海底隧道施工安全來說，防突水十分重要；最后，隧道涌水量影響排水設(shè)計和成本。根據(jù)經(jīng)驗分別給出數(shù)值計算0.5權(quán)重、頂水采煤0.3權(quán)重以及最小涌水量0.2權(quán)重，最終確定最小巖石覆蓋厚度。

綜合分析建議值=數(shù)值計算值×0.5+頂水采煤值×0.3+最小涌水量值×0.2

根據(jù)相關(guān)的理論計算和參照青島地鐵1號線和膠州灣海底隧道的相關(guān)經(jīng)驗，雙洞雙線斷面最小巖石覆蓋層厚度建議值為20m，單洞雙線斷面建議值為25m。

1.3 海底隧道線路方案比選

青島地鐵2號線膠州灣海底隧道主要控制因素包括：

（1）兩端規(guī)劃路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃用地情況；

（2）規(guī)劃線站位方案的穩(wěn)定性；

（3）區(qū)域內(nèi)主要控制性構(gòu)筑物：主要有黃島油港棧橋、大港航道、膠州灣海底隧道、規(guī)劃膠州灣第二海底隧道；

（4）施工場地（豎井、斜井）的選擇；

（5）海底地形、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、滄口斷裂帶等。

（6）對該海底隧道進行中線、南線、北線三個線路方案進行比選，見圖1、表3。

圖1 青島地鐵2號線膠州灣海底隧道工程線路方案平縱面示意圖

表3 青島地鐵2號線膠州灣海底隧道線路方案比較表

表3 續(xù)

綜合考慮地鐵海底隧道工程現(xiàn)狀與規(guī)劃條件、工程地質(zhì)條件、運營功能需求、施工難度及風(fēng)險、對周圍環(huán)境影響及工程投資等因素，從盡量減少地鐵海底隧道防災(zāi)疏散與救援難度角度出發(fā)，擬推薦采用方案一（中線方案）。

2 配線設(shè)置及防災(zāi)運營組織

青島地鐵2號線黃島碼頭站—輪渡站間距約8.3km，區(qū)間運行時間約7.1min。同時1號風(fēng)井—2號風(fēng)井段距離約5.5km，運行時間約4.5min，按照2min行車間隔計算，遠期高峰時段（5h）1號風(fēng)井至2號風(fēng)井區(qū)段上下行方向均存在3列車占比22%，為防災(zāi)疏散與救援帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，需要加強配線功能，提高運營組織的靈活性。

（1）海底隧道兩端車站需設(shè)置相應(yīng)的折返線及停車線，以便應(yīng)對海底隧道發(fā)生事故情況下，兩端列車可組織臨時交路折返，同時可滿足海底隧道區(qū)段故障列車臨時停車需求。建議在過海隧道區(qū)間相鄰的黃島碼頭站和輪渡站均設(shè)置雙停車線，如圖2所示。

圖2 海底隧道兩端車站配線示意圖

在海底隧道出現(xiàn)列車、線路故障及災(zāi)害時，組織柳花泊站—黃島碼頭站、輪渡站—世博園站的臨時折返運行交路，減少受影響區(qū)段長度，臨時交路如圖3所示。

圖3 海底隧道兩端臨時交路示意圖

（2）列車在海底隧道段行駛過程中發(fā)生火災(zāi)事故時，應(yīng)盡可能使列車駛?cè)肭胺杰囌?，在車站組織乘客疏散并利用車站排煙設(shè)備進行排煙。

（3）當(dāng)列車無法移動只能在區(qū)間疏散時，采取對向隧道互為救援、疏散模式。地鐵2號線采用DC1500V接觸軌授電，為保證著火列車人員在慌亂的情況下進入對側(cè)隧道軌行區(qū)疏散不發(fā)生觸電事故，以及保證后續(xù)列車運營安全，因此，在列車火災(zāi)事故時海底隧道內(nèi)所有列車不宜退行，需要立即停車、斷電并疏散乘客。

最不利情況為著火列車位于1號風(fēng)井至2號風(fēng)井之間，由于1號風(fēng)井至2號風(fēng)井區(qū)段屬于同一供電分區(qū)，在單洞或雙洞情況下，隧道兩側(cè)共有6列車需要停車救援，需疏散乘客8760人，三洞方案（設(shè)中間獨立疏散通道）情況下僅事故區(qū)間列車停車，只需要3列車停車救援，需疏散乘客4380人，如圖4所示。

圖4 火災(zāi)事故海底隧道區(qū)間列車分布及運營組織示意圖

3 長大地鐵海底隧道設(shè)置救援站方案

青島地鐵2號線膠州灣海底隧道兩側(cè)設(shè)置有2座中間風(fēng)井，該風(fēng)井兼有隧道通風(fēng)、防災(zāi)疏散與救援功能，1號風(fēng)井軌面埋深45m，2號風(fēng)井軌面埋深60m，風(fēng)井太深對防災(zāi)疏散與救援是非常不利的，對疏散老弱病殘孕等行動不便的人員人性化不足，而且會導(dǎo)致風(fēng)井疏散能力受到很大的限制。

地鐵海底隧道如何安全、高效疏散大量列車乘客，防災(zāi)疏散與救援如何體現(xiàn)以人為本理念。本次研究借鑒超長鐵路隧道設(shè)置救援站理念，對地鐵海底隧道設(shè)置救援站方案進行探討。

在地鐵海底隧道內(nèi)設(shè)置列車可?？?、人員可集聚的救援站，其目的是利用非事故側(cè)隧道列車運行至救援站開展疏散與救援工作。為保證非事故側(cè)隧道列車正常運營，需要在正線隧道之間設(shè)置獨立的疏散通道，如圖5、圖6所示。

圖5 地鐵海底隧道設(shè)置救援站平面示意圖

圖6 地鐵海底隧道設(shè)置獨立疏散通道剖面示意圖

經(jīng)初步分析，當(dāng)發(fā)生地鐵海底隧道災(zāi)害事故必須疏散乘客時，設(shè)置救援站具有如下功能：

（1）利用另一側(cè)正常運行隧道列車將事故列車乘客安全、高效運送至目的站，疏散乘客（特別是行動不便者）無需通過風(fēng)井樓梯疏散至地面，并需等候地面應(yīng)急交通工具。

（2）當(dāng)海域段一側(cè)隧道發(fā)生火災(zāi)事故、列車還可堅持運行至前方車站時，可提前?？烤仍揪o急疏散乘客，可縮短列車在火災(zāi)工況下的運行時間，對減少火災(zāi)對乘客產(chǎn)生危害非常有利。

因此，從提高長大地鐵海底隧道防災(zāi)疏散與救援的安全性、高效性及設(shè)施人性化角度出發(fā)，設(shè)置救援站無疑是一種全新高效的解決方案。

4 結(jié)語

本文結(jié)合青島地鐵2號線膠州灣海底隧道工程，通過對長大地鐵海底隧道選線、運營組織、設(shè)置救援站等總體布置方案進行研究與探討，建議加強對長大地鐵海底隧道防災(zāi)疏散與救援的安全性、高效性及設(shè)施人性化等方面的研究，進一步提高我國長大地鐵海底隧道建設(shè)水平。