水下公路（道路）隧道交通工程設施設計研究

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計院有限公司交通工程與節能分院，重慶 400067）

水下公路（道路）隧道交通工程設施設計研究

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計院有限公司交通工程與節能分院，重慶 400067）

交通工程設施是水下公路（道路）隧道的重要配套工程，對保障其安全、高效、節能運行起著至關重要的作用。針對水下公路（道路）隧道交通工程設施設計這一熱點問題，分析水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的差異，結合國內外工程建設經驗，對水下公路（道路）隧道交通工程設施（通風設施、照明設施、綜合監控設施、緊急呼叫設施、火災探測報警設施、消防設施、逃生通道、排水設施、結構健康監測設施、供配電設施、交通安全設施）的設置要求進行梳理，并總結歸納了4種不同施工工法類型（鉆爆法、盾構法、沉管法、堰筑法）水下公路（道路）隧道交通工程設施的設計要點。

水下公路隧道；山嶺公路隧道；交通工程設施；工程設計

0 引言

自20世紀60年代開始，中國大陸地區的上海、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之中。交通工程設施作為水下公路（道路）隧道的重要配套工程，對保障其安全、高效、節能運行起著至關重要的作用，因而水下公路（隧道）交通工程設施設計是當前國內研究的熱點問題，但JTG D70/2—2014《公路隧道設計規范》［1］、GB/T 18567—2010《高速公路隧道監控系統模式》［2］等標準規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）隧道對交通工程設施的配置要求亦不盡相同。

本文結合筆者編制《公路水下隧道設計規范》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上，首次系統、全面地梳理了水下公路（道路）隧道交通工程設施的設置要求，并總結歸納了其設計要點，對國內相關工程建設具有重要的指導參考價值。

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、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）隧道交通工程設施設計的前提，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）隧道線形和結構更加復雜，對防災、減災與應急救援的要求更高。

2 水下公路（道路）隧道交通工程設施設置

根據表1給出的水下公路（道路）隧道與山嶺隧道對比分析結果，結合國內外相關工程建設經驗，對水下公路（道路）隧道和山嶺公路隧道的交通工程設施設置進行了細致的對比，如表2所示。從表2可以看出，除接地與防雷設施外，其他交通工程設施的設置均有較大的差異。在交通工程設施設計時，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施的設置差異Table 2 Comparison and contrast between underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels in terms of traffic facilities

表2（續）

3 水下公路（道路）隧道交通工程設施設計要點

3.1 通風設施

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，故在通風系統設計時，應加強對通風能力的驗算，以防止通風能力不足導致隧道內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排煙方式。雙洞單向交通盾構隧道可采用縱向通風排煙方式（典型案例：長沙南湖路湘江隧道），當雙洞單向交通盾構隧道發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）；雙層雙向交通盾構隧道宜利用側壁富余的空間作為排煙風道（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，通常在行車道孔側壁設有專用排煙風道（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，且連續開啟的排煙口數量不宜少于3處［4］。

設有安全通道的沉管法隧道和盾構法隧道（單層行車），應在沉管段或盾構段兩端設置加壓風機，并在安全通道內設置調壓風機。當隧道內發生火災時，向安全通道加壓送風，以防止行車道內的煙霧向安全通道內蔓延，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、風機房、設備房等各類附屬工程，應根據其使用要求設置機械通風及排煙設施。

3.2 照明設施

水下公路（道路）隧道加強照明和基本照明除應符合JTG/T D70/2—01—2014《公路隧道照明設計細則》［5］的相關要求外，還應注意以下幾點：1）隧道內合流段、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、橫向聯絡通道、工作井疏散樓梯內應設置照明設施，照度標準值不應低于100 lx；3）隧道出、入口應強化減光措施，如設置遮光棚（典型案例：廈門翔安隧道）。

3.3 綜合監控設施

綜合監控設施是水下公路（道路）隧道交通工程設施的重要組成部分，需要通過綜合監控設施將通風、照明、消防、排水、火災探測報警、交通監控、電力監控、緊急呼叫等設施有效集成，使之構成一個有機整體，實現聯動控制。雙層行車盾構隧道的綜合監控設施構成更為復雜，需要將隧道上、下層控制網絡進行有效整合。

3.4 緊急呼叫設施

緊急呼叫設施包括緊急電話系統和有線廣播系統，長、特長水下公路（道路）隧道還應考慮設置無線廣播系統。當采用無線廣播方式時，應在隧道進口前設置醒目標志，以告知無線廣播頻率。

3.5 火災探測報警設施

火災探測報警設施包括火災自動探測報警設施和手動報警按鈕設施。水下公路（道路）隧道應同時采用線型光纖感溫火災探測器和點型紅外火焰探測器（或圖像型火災探測器）［6］。水下公路（道路）隧道設備房、工作間內應配置智能感溫或感煙探測器；沉管隧道、盾構隧道的電纜通道內應設置線型光纖感溫火災探測器。

3.6 消防設施

水下公路（道路）隧道內配備的消防滅火設施一般包括消火栓、固定式水成膜泡沫滅火裝置、滅火器等。山嶺公路隧道發生火災，即使結構遭受嚴重破壞，后期仍可通過加固維修等措施恢復其結構安全；但水下公路（道路）隧道不同，一旦其結構遭受嚴重損壞，引起江河、湖泊、海水倒灌，可能導致隧道永久不可修復，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）隧道水下段還應考慮設置水噴霧或泡沫噴霧設施。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、風機房、設備房、縱向安全通道、橫向聯絡通道、工作井疏散樓梯也應設置滅火器。此外，水下公路（道路）隧道地下變電房應設置氣體滅火設施。

3.7 逃生通道

上下行分離的雙洞鉆爆法隧道之間應設置橫向通道［7］，并應符合下列規定：1）人行橫通道設置間距宜取250 m，當設有輔助疏散設施和泡沫噴霧設施時，其間距可適當加大，但不應大于500 m；2）車行橫通道設置間距可取750 m左右，不應大于1 000 m。

單層行車盾構隧道通常采用縱向通道疏散方式，即利用盾構隧道內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，以逃離火災危險區域。橫向與縱向通道結合的疏散方式（典型案例：上海長江隧道）是在縱向通道疏散方式的基礎上衍生而來的，即在兩孔盾構隧道之間設置若干橫向聯絡通道，同時，在各盾構隧道內行車道路面以下的空間建成縱向逃生通道，構成縱向、橫向配合的疏散設施。在雙層行車盾構隧道中，上、下層之間設置逃生樓梯道，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），兩側為行車道孔，中間為綜合管廊；管廊內分為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設置一處行人橫通道（設常閉甲級防火門，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 排水設施

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

3.9 結構健康監測設施

為實時監測水下公路（道路）隧道結構的健康狀態，以保障其安全運行，應考慮引入物聯網技術，設置結構健康監測設施，特別是沉管隧道和盾構隧道。水下公路（道路）隧道結構健康監測系統應符合CECS 333—2012《結構健康監測系統設計標準》［8］相關要求，并集成于綜合監控設施中。

3.10 供配電設施

水下公路（道路）隧道電力負荷等級根據供電可靠性和中斷供電對人身生命、生產安全造成的危害及對經濟影響的程度確定。其中，排水泵、消防水泵、排煙風機的電力負荷等級為一級（特別重要負荷）。

設有中央控制管理設施的水下公路（道路）隧道應設置電力監控設施，并集成于綜合監控設施中。電力監控設施宜采用分層分布式結構。

3.11 交通安全設施

在水下公路（道路）隧道出入口及隧道內小半徑、長大下坡、合流段、分流段等事故易發路段前，應設置減速標線和警告標志；當水下公路（道路）隧道內設有匝道時，應在隧道入口和分岔前設置分流或合流預告標志；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，應設置防撞墊；在進入水下公路（道路）隧道前，應連續設置不少于2道限高標志，最后一道必須采用硬桿型防撞門架，各限高標志之間應保持一段距離，并能夠保證超高車輛及時分流，在門架前應設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，應設置引導駕駛者行駛方向的線形誘導標，線形誘導標每處設置數量不應少于3塊；長、特長隧道應在隧道入口前設置危險品檢查站，其中，特長隧道宜配備危險品探測設施［9-15］。

4 結論與建議

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在隧道位置、長度、線形、橫斷面、逃生通道設置、緊急停車帶設置、結構安全和防災重點等方面。在進行水下公路（道路）隧道交通工程設施設計時，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，在進行交通工程設施設計時，需要面向特定工法施工的隧道進行針對性和特色化設計。水下公路（道路）隧道的關鍵交通工程設施包括重點排煙設施、無線廣播設施、多類型的火災探測報警設施、水噴霧或泡沫噴霧設施、多樣化的逃生通道、排水設施、結構健康監測設施、高度集成的綜合監控設施等，其設計方案直接影響到水下公路（道路）隧道是否能夠安全、高效、節能運行。

3）本文首次總結歸納了不同工法水下公路（道路）隧道交通工程設施設計的要點，這對我國水下公路（道路）隧道交通工程建設具有重要的指導參考價值，相關研究成果已經納入正在編制的交通運輸部行業標準《公路水下隧道設計規范》。

4）未來還需要考慮引入云計算、物聯網、移動互聯網、大數據、新一代移動通信等新興信息技術，建設智慧型水下公路（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年畢業于長安大學，交通信息工程及控制專業，碩士，高級工程師，現從事公路隧道交通工程和智能交通系統工程方面的科研、設計、咨詢工作。