王少飛，涂 耘，王小軍

（1.招商局（集團）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)計研究

王少飛1，涂 耘2，王小軍2

（1.招商局（集團）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，對保障其安全、高效、節(jié)能運行起著至關(guān)重要的作用。針對水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計這一熱點問題，分析水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的差異，結(jié)合國內(nèi)外工程建設(shè)經(jīng)驗，對水下公路（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)探測報警設(shè)施、消防設(shè)施、逃生通道、排水設(shè)施、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)施、供配電設(shè)施、交通安全設(shè)施）的設(shè)置要求進行梳理，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)計要點。

水下公路隧道；山嶺公路隧道；交通工程設(shè)施；工程設(shè)計

0 引言

自20世紀60年代開始，中國大陸地區(qū)的上海、寧波、廣州、廈門、青島、武漢、長沙、南京、天津、杭州等地陸續(xù)興建了一批水下公路（道路）隧道，而世界級超級工程——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，對保障其安全、高效、節(jié)能運行起著至關(guān)重要的作用，因而水下公路（隧道）交通工程設(shè)施設(shè)計是當前國內(nèi)研究的熱點問題，但JTG D70/2—2014《公路隧道設(shè)計規(guī)范》［1］、GB/T 18567—2010《高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)模式》［2］等標準規(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)計規(guī)范》的體會，在對比水下公路（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)計要點，對國內(nèi)相關(guān)工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)參考價值。

1 水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的對比

從影響交通運行的角度，系統(tǒng)、全面地對比水下公路（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）隧道與山嶺隧道對比分析結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)工程建設(shè)經(jīng)驗，對水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的交通工程設(shè)施設(shè)置進行了細致的對比，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)計時，需要面向特定工法施工的水下公路（道路）隧道進行針對性和特色化設(shè)計。

表1 水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的對比分析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)計要點

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)計時，應(yīng)加強對通風(fēng)能力的驗算，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：長沙南湖路湘江隧道），當雙洞單向交通盾構(gòu)隧道發(fā)生交通阻塞的概率較高時，宜采用重點排煙方式，利用頂部富余的拱形空間作為排煙風(fēng)道（典型案例：上海長江隧道、杭州錢江隧道、武漢長江隧道）；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：南京緯三路長江隧道）；沉管法隧道宜采用重點排煙方式，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）。當水下（道路）公路隧道采用重點排煙時，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，并在安全通道內(nèi)設(shè)置調(diào)壓風(fēng)機。當隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，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)計細則》［5］的相關(guān)要求外，還應(yīng)注意以下幾點：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，照度標準值不應(yīng)低于100 lx；3）隧道出、入口應(yīng)強化減光措施，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)探測報警、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)成一個有機整體，實現(xiàn)聯(lián)動控制。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、特長水下公路（道路）隧道還應(yīng)考慮設(shè)置無線廣播系統(tǒng)。當采用無線廣播方式時，應(yīng)在隧道進口前設(shè)置醒目標志，以告知無線廣播頻率。

3.5 火災(zāi)探測報警設(shè)施

火災(zāi)探測報警設(shè)施包括火災(zāi)自動探測報警設(shè)施和手動報警按鈕設(shè)施。水下公路（道路）隧道應(yīng)同時采用線型光纖感溫火災(zāi)探測器和點型紅外火焰探測器（或圖像型火災(zāi)探測器）［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)遭受嚴重損壞，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）隧道防火要求遠高于山嶺隧道。因此，允許貨車通行的長、特長水下公路（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。當條件允許時，特長水下公路（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，當設(shè)有輔助疏散設(shè)施和泡沫噴霧設(shè)施時，其間距可適當加大，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地面，以逃離火災(zāi)危險區(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，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)重點之一，因此，隧道一般需要設(shè)置機械排水系統(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)測設(shè)施

為實時監(jiān)測水下公路（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)測系統(tǒng)應(yīng)符合CECS 333—2012《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計標準》［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）隧道電力負荷等級根據(jù)供電可靠性和中斷供電對人身生命、生產(chǎn)安全造成的危害及對經(jīng)濟影響的程度確定。其中，排水泵、消防水泵、排煙風(fēng)機的電力負荷等級為一級（特別重要負荷）。

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)置減速標線和警告標志；當水下公路（道路）隧道內(nèi)設(shè)有匝道時，應(yīng)在隧道入口和分岔前設(shè)置分流或合流預(yù)告標志；在水下公路（道路）隧道出入口的護欄端頭、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道限高標志，最后一道必須采用硬桿型防撞門架，各限高標志之間應(yīng)保持一段距離，并能夠保證超高車輛及時分流，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，線形誘導(dǎo)標每處設(shè)置數(shù)量不應(yīng)少于3塊；長、特長隧道應(yīng)在隧道入口前設(shè)置危險品檢查站，其中，特長隧道宜配備危險品探測設(shè)施［9-15］。

4 結(jié)論與建議

1）從影響交通運行的角度來看，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)重點等方面。在進行水下公路（道路）隧道交通工程設(shè)施設(shè)計時，需要考慮上述差異點。

2）水下公路（道路）隧道目前有4種施工工法，在進行交通工程設(shè)施設(shè)計時，需要面向特定工法施工的隧道進行針對性和特色化設(shè)計。水下公路（道路）隧道的關(guān)鍵交通工程設(shè)施包括重點排煙設(shè)施、無線廣播設(shè)施、多類型的火災(zāi)探測報警設(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)測設(shè)施、高度集成的綜合監(jiān)控設(shè)施等，其設(shè)計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)計的要點，這對我國水下公路（道路）隧道交通工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)參考價值，相關(guān)研究成果已經(jīng)納入正在編制的交通運輸部行業(yè)標準《公路水下隧道設(shè)計規(guī)范》。

4）未來還需要考慮引入云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新一代移動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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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

國家科技支撐計劃項目（2011BAG07B05）；交通運輸部公路工程標準規(guī)范制修訂項目（廳公路字（2011）115號）

王少飛（1983—），男，陜西富平人，2008年畢業(yè)于長安大學(xué)，交通信息工程及控制專業(yè)，碩士，高級工程師，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、咨詢工作。