低等級(jí)特長(zhǎng)公路隧道逃生救援關(guān)鍵技術(shù)研究

丁建峰，張忠宇，陳喜坤，張小兵

（1.揚(yáng)州市隧道管理處，江蘇 揚(yáng)州225002；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210019）

0 引言

連云港某隧道于1984年開(kāi)工建設(shè)，1989年貫通，1993年簡(jiǎn)易通車。隧道長(zhǎng)約3 600m，洞內(nèi)毛洞寬8.2m，拱頂高8.6m，行車道寬7.5m。該隧道未通長(zhǎng)設(shè)置二次襯砌，僅洞口和局部危險(xiǎn)段采用鋼筋混凝土襯砌，水泥混凝土路面。隨著連云港市經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，隧道內(nèi)通行的交通量日益增加，隧道內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)電系統(tǒng)及附屬工程已嚴(yán)重不滿足要求，隧道管養(yǎng)部門提出對(duì)隧道進(jìn)行升級(jí)改造。升級(jí)改造后的隧道按三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速為30 km/h，采用雙向兩車道。隧道長(zhǎng)約3.6 km，屬于特長(zhǎng)隧道，又為低等級(jí)公路，雙向通行，隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)大，因此隧道消防救援設(shè)施為該隧道升級(jí)改造的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。本文比選研究了三種隧道消防救援設(shè)施方案，供類似工程參考。

1 工程概況

1.1 隧道現(xiàn)狀

隧道建設(shè)年代較早，隧道長(zhǎng)約3 600 m，洞內(nèi)毛洞寬8.2m，拱頂高8.6m，行車道寬7.5m，未通長(zhǎng)設(shè)置襯砌，局部寬度不滿足建筑限界[1-2]要求。隧道為簡(jiǎn)易通車狀態(tài)，未設(shè)置通風(fēng)、照明及消防系統(tǒng)，不滿足特長(zhǎng)隧道交通工程要求[3-5]。隧道洞門及洞身現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

圖1 既有隧道現(xiàn)狀

1.2 地質(zhì)條件

隧道穿越的山體為太古界－元古界東海群（Ar2dh）地層，巖性主要為淺變質(zhì)巖系白云鈉長(zhǎng)變粒巖和黑云變粒巖等。隧址區(qū)無(wú)較大的斷裂構(gòu)造，區(qū)域上屬穩(wěn)定的地塊單元。巖層的片理較發(fā)育，產(chǎn)狀160°～175°∠22°～35°，其走向與隧道軸線基本垂直。

由于受多期區(qū)域褶皺作用，韌性剪切帶較發(fā)育，剪切帶內(nèi)多有軟弱夾層，厚約1.0～5.0 cm，有的剪切帶內(nèi)軟弱夾層被剪切揉皺呈餅狀。巖體的片理、節(jié)理及剪切帶的組合，使圍巖多呈大塊狀及楔體狀嵌鑲結(jié)構(gòu)。

隧址區(qū)地下水為基巖裂隙水，地層賦水條件及地下水含量一般，地下水通道為貫通的較密集節(jié)理裂隙帶。隧道洞口圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，洞身圍巖等級(jí)以Ⅲ級(jí)為主，局部為Ⅳ級(jí)。

1.3 改造方案總體設(shè)計(jì)

隧道升級(jí)改造按三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速為30 km/h，采用雙向兩車道，建筑限界見(jiàn)圖2。

為降低工程費(fèi)用，本次升級(jí)改造，隧道平面擬合原平面設(shè)計(jì)，平面線型主要采用直線段，僅局部采用曲線段，平曲線半徑不小于200m。

圖2 隧道主洞建筑限界（單位：cm）

隧道縱斷面擬合原縱坡設(shè)計(jì)，縱坡采用人字坡，隧道南側(cè)洞口至洞身2 000m范圍采用0.69%的上坡，剩余段落采用0.3%的下坡。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，目前隧道近似直墻拱型斷面形式，毛洞凈高8.5~8.6m，滿足5m建筑限界高度要求；毛洞凈寬為7.9~8.2m，基本滿足隧道凈寬要求，但部分段落洞身開(kāi)挖質(zhì)量誤差較大，圍巖鼓凸侵入隧道限界。因此，在進(jìn)行隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)直墻與曲墻斷面進(jìn)行了論證：

（1）直墻拱型斷面

擬合原毛洞斷面形式，內(nèi)空考慮側(cè)墻預(yù)留裝修層5 cm。主洞拱部采用R=380 cm圓弧，邊墻采用760 cm（寬）×450 cm（高）的矩形斷面，主洞襯砌內(nèi)輪廓見(jiàn)圖3。

圖3 直墻拱形斷面內(nèi)輪廓（單位：cm）

（2）三心圓曲墻斷面

采用受力條件好、斷面利用率高、綜合管線布置有利的三心圓斷面進(jìn)行比選。主洞內(nèi)輪廓采用三心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，拱部采用R=400 cm圓弧，邊墻采用半徑R=740 cm圓弧，主洞襯砌內(nèi)輪廓見(jiàn)圖4。

對(duì)比上述兩方案，采用直墻拱型斷面形式，隧道基本無(wú)需開(kāi)挖、施工簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低。考慮到本隧道地質(zhì)條件好，以Ⅲ級(jí)圍巖為主，巖石強(qiáng)度高；且隧道以毛洞形式簡(jiǎn)易通車超過(guò)20 a，巖體基本保持穩(wěn)定。隧道采用直墻拱型斷面形式整治，并及時(shí)實(shí)施隧道一襯、二襯后，能夠保證隧道結(jié)構(gòu)安全。因此，推薦直墻拱型斷面。

圖4 曲墻拱形斷面內(nèi)輪廓（單位：cm）

在此基礎(chǔ)上，設(shè)置完備的供電、照明、通風(fēng)及消防系統(tǒng)，改造完成后的主洞斷面效果見(jiàn)圖5。

圖5 改造后主洞斷面效果

2 逃生救援方案

本隧道長(zhǎng)度達(dá)3 600 m，屬于特長(zhǎng)隧道，單洞雙向行駛，根據(jù)消防規(guī)范應(yīng)設(shè)置緊急避難設(shè)施，隧道除設(shè)置緊急疏散標(biāo)志及應(yīng)急照明外，需重點(diǎn)考慮隧道運(yùn)營(yíng)中的逃生救援通道問(wèn)題。為此，就逃生救援通道設(shè)置方案進(jìn)行專項(xiàng)研究。

2.1 避難所方案

在隧道左右兩側(cè)每隔300m交錯(cuò)設(shè)置一處避難所，以供人員應(yīng)急疏散，見(jiàn)圖6～圖8。

圖6 隧道避難所布置圖

圖7 平行導(dǎo)洞布置圖

圖8 上部逃生通道布置圖

避難所頂部設(shè)置防毒面罩及通風(fēng)設(shè)施，防毒面罩脫落方式采用主動(dòng)+自動(dòng)脫落方式，避難所內(nèi)設(shè)置緊急照明，為了更快使避難者學(xué)會(huì)使用防毒面罩及穩(wěn)定避難者情緒，可在避難所內(nèi)設(shè)置一臺(tái)壁掛式顯示屏，循環(huán)播放防毒面罩的使用方法、相關(guān)避難知識(shí)及火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救援情況。另外避難所采用兩道防火門，防火門的開(kāi)啟采用人工+自動(dòng)控制兩種控制方式。避難所與主洞的聯(lián)系見(jiàn)圖9。

圖9 避難所剖面示意圖

避難所內(nèi)采用獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)管道、排氣管道分別位于隧道左右兩側(cè)電纜溝內(nèi)。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由監(jiān)控中心發(fā)出指令，開(kāi)啟避難所通風(fēng)系統(tǒng)，輸入新鮮空氣，排出污染氣體。

2.2 平行導(dǎo)洞方案

平行導(dǎo)洞一般是在隧道建設(shè)時(shí)為開(kāi)展多個(gè)施工作業(yè)面而伴隨著主洞建設(shè)的施工通道，在工程完工后被用作通風(fēng)通道及人員逃生通道。

為滿足本隧道（特長(zhǎng)隧道）逃生救援需求，在隧道一側(cè)沿主洞設(shè)置一個(gè)救援平行導(dǎo)洞，平行導(dǎo)洞長(zhǎng)約3.647 km，導(dǎo)洞建筑限界凈寬2.0 m，凈高2.5m。

2.3 上部逃生通道方案

為了便于隧道逃生救援，同時(shí)節(jié)約工程投資，充分利用隧道上部空間結(jié)構(gòu)設(shè)置逃生通道。根據(jù)隧道斷面尺寸和功能分布，在行車道頂部設(shè)置應(yīng)急逃生通道，下部為行車道，見(jiàn)圖10。

圖10 上部逃生通道示意圖（單位：cm）

逃生通道出入口結(jié)合緊急停車帶布置（每隔600m一處，左右較差布置），于緊急停車帶一端設(shè)置疏散樓梯。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生緊急情況時(shí)，事故被困人員可通過(guò)疏散樓梯進(jìn)入上層應(yīng)急逃生通道，從而及時(shí)撤離隧道危險(xiǎn)地帶。逃生通道采用縱向通風(fēng)換氣方式，按3次/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。逃生通道與主洞的關(guān)系見(jiàn)圖11。

圖11 逃生通道入口示意圖

2.4 方案比選

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，方案一造價(jià)最低，且不破壞周邊環(huán)境，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員能迅速躲避到避難所中，在兩道防火門隔絕外部煙塵與污染空氣，并及時(shí)通風(fēng)換氣的情況下，等待外部救援，安全性較好；此外避難所實(shí)施工藝簡(jiǎn)單，可以與隧道主體一起改造，施工難度較小，工期較短，見(jiàn)表1。

表1 逃生救援方案比選表

因此，經(jīng)過(guò)綜合比較，本隧道逃生救援推薦采用方案一：設(shè)置避難所。

3 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)連云港某單洞雙向公路隧道進(jìn)行升級(jí)改造方案研究，得出如下結(jié)論：

（1）隨著交通量的增長(zhǎng)，早些年建設(shè)完成的一些公路隧道，特別是低等級(jí)公路隧道，其服務(wù)功能如通風(fēng)、照明等已不能滿足要求，但此類隧道仍為重要的交通要道，因此管養(yǎng)部門應(yīng)對(duì)此類隧道進(jìn)行重點(diǎn)排查，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)的升級(jí)改造。

（2）單洞雙向逃生方案，平導(dǎo)更為有利，但改造升級(jí)費(fèi)用較高，對(duì)于本項(xiàng)目低等級(jí)道路而言選擇避難所更為合理。