馬頭山隧道設(shè)計(jì)方案分析與比選

孫 鵬

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030032)

1 概 述

國(guó)道108下北泉至神堂堡改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，全線橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)。馬頭山隧道位于山西省忻州市繁峙縣神堂堡鄉(xiāng)，屬長(zhǎng)隧道，為本項(xiàng)目主要控制點(diǎn)。由于隧道進(jìn)出口段均為村莊，運(yùn)營(yíng)期間來(lái)往人員、車輛、牲畜較多，交通組成復(fù)雜，一旦隧道內(nèi)發(fā)生交通安全事故，防災(zāi)救援將成為本隧道的焦點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)以上可能存在的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)上進(jìn)行了單洞對(duì)向雙車道、分離式雙洞雙向四車道兩個(gè)方案的論證，并進(jìn)行了比選。

方案一：公路等級(jí)：二級(jí)，設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，路基寬度采用10 m；全線橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)；隧道凈寬×凈高采用11.00×5.00 m，為單洞對(duì)向雙車道行駛。

方案二：公路等級(jí)：一級(jí)，設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，與一標(biāo)段銜接處路基寬度采用10 m漸變至23 m(整體式)，分離式路基寬度采用11.25 m，全線橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)；隧道凈寬×凈高采用9.75×5.00 m，為分離式雙洞雙向四車道行駛。

2 方案論述

2.1 方案一

公路等級(jí)：二級(jí)，設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，路基寬度采用10 m；全線橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)；隧道建筑限界凈寬10.75 m(1.00 m檢修道+0.75 m左側(cè)側(cè)向?qū)挾?2×3.75 m行車道+0.75 m右側(cè)側(cè)向?qū)挾?1.00 m檢修道)，凈空限界高度5.00 m，為單洞對(duì)向雙車道行駛。全線設(shè)橋梁307.5 m/2座，隧道1 676 m/1座，涵洞4道。

此方案馬頭山隧道洞體全長(zhǎng)1 676 m，屬長(zhǎng)隧道，進(jìn)口段里程樁號(hào)為AK344+086，出口段里程樁號(hào)為AK345+762，洞體最大埋深約231 m，位于AK344+980。隧道總體走向呈245°隧址區(qū)范圍內(nèi)出露地層由新到老為第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺(tái)超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質(zhì)巖組成。

針對(duì)馬頭山隧道單洞對(duì)向雙車道行駛防災(zāi)救援問(wèn)題，設(shè)計(jì)上提出兩種防災(zāi)救援方案進(jìn)行比較。

(1)救援方案一、在進(jìn)出口段500 m范圍，分別設(shè)置兩段逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞。緊急狀況出現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)逃生救援通道進(jìn)行人員疏散。救援通道凈寬4.0 m，凈高5.0 m。逃生救援通道主體工程造價(jià)RMB2 112.2萬(wàn)元。

(2)救援方案二、在隧道全線范圍內(nèi)，設(shè)置逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞，隧道與逃生救援通道之間設(shè)置連接橫通道，橫通道間距取250 m。緊急狀況出現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)避險(xiǎn)通道進(jìn)行人員疏散。救援通道凈寬4.0 m，凈高5.0 m。逃生救援通道主體工程造價(jià)RMB3 461.2萬(wàn)元。

本方案在進(jìn)口AK344+000處設(shè)隧道管理站，房建總建筑面積482.51 m2，總用地面積約5畝(凈占地)。

交通工程隧道機(jī)電系統(tǒng)包括：隧道供配電、照明、通風(fēng)、消防等。供配電設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)供電方式，在隧道入口及出口各設(shè)置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統(tǒng)采用LED分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)。通風(fēng)設(shè)計(jì)近期2020年不需要設(shè)置機(jī)械通風(fēng)，遠(yuǎn)期2033年可增加四臺(tái)射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)；在隧道土建施工時(shí)，同時(shí)安裝射流風(fēng)機(jī)預(yù)埋件。消防設(shè)計(jì)近期全部采用干粉滅火器消防，遠(yuǎn)期考慮設(shè)置水成膜泡沫滅火裝置和水消防系統(tǒng)，在做隧道預(yù)留預(yù)埋時(shí)，考慮了消火栓箱、檢修閥門及電伴熱配電箱的預(yù)留洞室及預(yù)埋件，以便日后增加此部分設(shè)備。

2.2 方案二

公路等級(jí)：一級(jí)，設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，與一標(biāo)段銜接處路基寬度采用10 m漸變至23 m(整體式)，分離式路基寬度采用11.25 m，全線橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)；隧道建筑限界凈寬9.75 m(0.75 m檢修道+0.50 m左側(cè)側(cè)向?qū)挾?2×3.50 m行車道+0.75 m右側(cè)側(cè)向?qū)挾?0.75 m檢修道)，凈空限界高度5.0 m，為分離式雙洞雙向四車道行駛。全線設(shè)橋梁322.5 m/2座，隧道1 729.5 m/1座，涵洞7道。

此方案馬頭山隧道右線洞體全長(zhǎng)1 773 m，進(jìn)口段里程樁號(hào)為AYK344+029，出口段里程樁號(hào)為AYK345+802，洞體最大埋深約232 m，位于AYK344+969。左線洞體全長(zhǎng)1 686 m，進(jìn)口段里程樁號(hào)為AZK344+079，出口段里程樁號(hào)為AZK346+765，洞體最大埋深約236 m，位于AZK345+061。左右線均屬長(zhǎng)隧道。隧道總體走向呈244°。隧址區(qū)范圍內(nèi)出露地層由新到老為第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺(tái)超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質(zhì)巖組成。

本方案在進(jìn)口AK344+000處設(shè)隧道管理站，617.50 m2，總用地面積約6.7畝(凈占地)。

本方案隧道機(jī)電設(shè)施包括隧道監(jiān)控、供配電、照明、通風(fēng)、消防、隧道救援。供配電設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)供電方式，在隧道入口及出口各設(shè)置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統(tǒng)采用LED分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)。通風(fēng)設(shè)計(jì)近期、遠(yuǎn)期均不需要考慮設(shè)置機(jī)械通風(fēng)，但由于隧道長(zhǎng)度均大于1 500 m，通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮火災(zāi)對(duì)策，近期設(shè)置12臺(tái)射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。消防設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：室內(nèi)外消火栓，室內(nèi)消火栓，水成膜泡沫滅火器，消防管網(wǎng)，高、低位水池，消防加壓泵，變頻控制系統(tǒng)，防火卷簾、防火門、消防車、消防器材指示標(biāo)志、消防管網(wǎng)保溫、電纜防火封堵等。隧道救援方案設(shè)計(jì)包括防災(zāi)救援原則，救援設(shè)施，救援流程，火災(zāi)區(qū)段的劃分及風(fēng)機(jī)的開啟，消防救援初步預(yù)案，危險(xiǎn)品車輛的安全運(yùn)輸管理等。

3 方案對(duì)比

3.1 方案一

優(yōu)點(diǎn)是與方案二相比，工程造價(jià)低。

缺點(diǎn)：

(1)隧址區(qū)臨近村莊，人、車、畜混合通行，交通流方向復(fù)雜，容易發(fā)生事故。

(2)防災(zāi)救援困難，運(yùn)營(yíng)期間隧道內(nèi)一旦發(fā)生交通事故，人員逃生疏散困難，容易造成安全事故。

(3)相對(duì)于方案二，隧道通行能力差，容易產(chǎn)生交通瓶頸，引發(fā)交通事故，救援人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)困難。隨著未來(lái)國(guó)道108線交通量的增加，交通瓶頸會(huì)越發(fā)嚴(yán)重。

(4)考慮國(guó)道G108未來(lái)發(fā)展的空間，下階段逃生救援通道改擴(kuò)建成一級(jí)公路隧道難度較大，且會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

3.2 方案二

優(yōu)點(diǎn)：

(1)上下行通行可以有序地組織交通，減少由于交通混亂發(fā)生事故、擁堵的幾率。

(2)分離式雙洞雙向四車道交通通行能力好，更好地適應(yīng)了未來(lái)國(guó)道108線交通量的發(fā)展。

(3)防災(zāi)救援隱患小，運(yùn)營(yíng)期間隧道內(nèi)發(fā)生交通事故，人員逃生疏散容易。

(4)分離式雙洞雙向四車道隧道一次建成，為下階段國(guó)道108線改擴(kuò)建成一級(jí)公路奠定了良好基礎(chǔ)。

缺點(diǎn)是工程造價(jià)較高。

如表1為兩種方案的經(jīng)濟(jì)對(duì)比表。

表1 108改線項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)比較表(萬(wàn)元)

3.3 比選結(jié)論

考慮到本路段的運(yùn)營(yíng)安全，交通量的持續(xù)增長(zhǎng)導(dǎo)致未來(lái)改擴(kuò)建的實(shí)際需要以及近遠(yuǎn)期的綜合建設(shè)成本，我們推薦將方案二作為本項(xiàng)目的推薦方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于馬頭山隧道交通組成復(fù)雜且為長(zhǎng)隧道，所以設(shè)計(jì)中要著重考慮防災(zāi)救援問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)單洞對(duì)向雙車道+防災(zāi)救援通道和分離式雙洞雙向四車道兩個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比選，最終選擇了分離式雙洞雙向四車道的方案，并將本路段由二級(jí)公路升級(jí)為一級(jí)公路。選擇過(guò)程中主要本著以人為本、安全先行的原則，同時(shí)以發(fā)展的思維去考慮成本，讓綜合效益最大化，避免重復(fù)投資造成浪費(fèi)。