馬頭山隧道設計方案分析與比選

孫 鵬

(山西省交通規劃勘察設計有限公司，山西 太原 030032)

1 概 述

國道108下北泉至神堂堡改擴建工程設計速度采用60 km/h，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級。馬頭山隧道位于山西省忻州市繁峙縣神堂堡鄉，屬長隧道，為本項目主要控制點。由于隧道進出口段均為村莊，運營期間來往人員、車輛、牲畜較多，交通組成復雜，一旦隧道內發生交通安全事故，防災救援將成為本隧道的焦點問題。針對以上可能存在的安全問題，設計上進行了單洞對向雙車道、分離式雙洞雙向四車道兩個方案的論證，并進行了比選。

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

方案二：公路等級：一級，設計速度采用60 km/h，與一標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，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；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：二級，設計速度采用60 km/h，路基寬度采用10 m；全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道建筑限界凈寬10.75 m(1.00 m檢修道+0.75 m左側側向寬度+2×3.75 m行車道+0.75 m右側側向寬度+1.00 m檢修道)，凈空限界高度5.00 m，為單洞對向雙車道行駛。全線設橋梁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1 676 m，屬長隧道，進口段里程樁號為AK344+086，出口段里程樁號為AK345+762，洞體最大埋深約231 m，位于AK344+980。隧道總體走向呈245°隧址區范圍內出露地層由新到老為第四系全新統(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質巖組成。

針對馬頭山隧道單洞對向雙車道行駛防災救援問題，設計上提出兩種防災救援方案進行比較。

(1)救援方案一、在進出口段500 m范圍，分別設置兩段逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞。緊急狀況出現時，可以通過逃生救援通道進行人員疏散。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RMB2 112.2萬元。

(2)救援方案二、在隧道全線范圍內，設置逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞，隧道與逃生救援通道之間設置連接橫通道，橫通道間距取250 m。緊急狀況出現時，可以通過避險通道進行人員疏散。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RMB3 461.2萬元。

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

交通工程隧道機電系統包括：隧道供配電、照明、通風、消防等。供配電設計采用傳統供電方式，在隧道入口及出口各設置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統采用LED分級調光系統。通風設計近期2020年不需要設置機械通風，遠期2033年可增加四臺射流風機進行機械通風；在隧道土建施工時，同時安裝射流風機預埋件。消防設計近期全部采用干粉滅火器消防，遠期考慮設置水成膜泡沫滅火裝置和水消防系統，在做隧道預留預埋時，考慮了消火栓箱、檢修閥門及電伴熱配電箱的預留洞室及預埋件，以便日后增加此部分設備。

2.2 方案二

公路等級：一級，設計速度采用60 km/h，與一標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，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道建筑限界凈寬9.75 m(0.75 m檢修道+0.50 m左側側向寬度+2×3.50 m行車道+0.75 m右側側向寬度+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1 773 m，進口段里程樁號為AYK344+029，出口段里程樁號為AYK345+802，洞體最大埋深約232 m，位于AYK344+969。左線洞體全長1 686 m，進口段里程樁號為AZK344+079，出口段里程樁號為AZK346+765，洞體最大埋深約236 m，位于AZK345+061。左右線均屬長隧道。隧道總體走向呈244°。隧址區范圍內出露地層由新到老為第四系全新統(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質巖組成。

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

本方案隧道機電設施包括隧道監控、供配電、照明、通風、消防、隧道救援。供配電設計采用傳統供電方式，在隧道入口及出口各設置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統采用LED分級調光系統。通風設計近期、遠期均不需要考慮設置機械通風，但由于隧道長度均大于1 500 m，通風設計時需要考慮火災對策，近期設置12臺射流風機進行機械通風。消防設計的主要內容包括：室內外消火栓，室內消火栓，水成膜泡沫滅火器，消防管網，高、低位水池，消防加壓泵，變頻控制系統，防火卷簾、防火門、消防車、消防器材指示標志、消防管網保溫、電纜防火封堵等。隧道救援方案設計包括防災救援原則，救援設施，救援流程，火災區段的劃分及風機的開啟，消防救援初步預案，危險品車輛的安全運輸管理等。

3 方案對比

3.1 方案一

優點是與方案二相比，工程造價低。

缺點：

(1)隧址區臨近村莊，人、車、畜混合通行，交通流方向復雜，容易發生事故。

(2)防災救援困難，運營期間隧道內一旦發生交通事故，人員逃生疏散困難，容易造成安全事故。

(3)相對于方案二，隧道通行能力差，容易產生交通瓶頸，引發交通事故，救援人員進入現場困難。隨著未來國道108線交通量的增加，交通瓶頸會越發嚴重。

(4)考慮國道G108未來發展的空間，下階段逃生救援通道改擴建成一級公路隧道難度較大，且會造成不必要的浪費。

3.2 方案二

優點：

(1)上下行通行可以有序地組織交通，減少由于交通混亂發生事故、擁堵的幾率。

(2)分離式雙洞雙向四車道交通通行能力好，更好地適應了未來國道108線交通量的發展。

(3)防災救援隱患小，運營期間隧道內發生交通事故，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，為下階段國道108線改擴建成一級公路奠定了良好基礎。

缺點是工程造價較高。

如表1為兩種方案的經濟對比表。

表1 108改線項目經濟比較表(萬元)

3.3 比選結論

考慮到本路段的運營安全，交通量的持續增長導致未來改擴建的實際需要以及近遠期的綜合建設成本，我們推薦將方案二作為本項目的推薦方案。

4 結束語

由于馬頭山隧道交通組成復雜且為長隧道，所以設計中要著重考慮防災救援問題。本文通過對單洞對向雙車道+防災救援通道和分離式雙洞雙向四車道兩個設計方案進行分析比選，最終選擇了分離式雙洞雙向四車道的方案，并將本路段由二級公路升級為一級公路。選擇過程中主要本著以人為本、安全先行的原則，同時以發展的思維去考慮成本，讓綜合效益最大化，避免重復投資造成浪費。