水下公路（道路）隧道交通工程设施设计研究

王少飞，涂 耘，王小军

（1.招商局（集团）重庆云途交通科技有限公司，重庆 400067；

2.招商局重庆交通科研设计院有限公司交通工程与节能分院，重庆 400067）

水下公路（道路）隧道交通工程设施设计研究

王少飞1，涂 耘2，王小军2

（1.招商局（集团）重庆云途交通科技有限公司，重庆 400067；

2.招商局重庆交通科研设计院有限公司交通工程与节能分院，重庆 400067）

交通工程设施是水下公路（道路）隧道的重要配套工程，对保障其安全、高效、节能运行起着至关重要的作用。针对水下公路（道路）隧道交通工程设施设计这一热点问题，分析水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的差异，结合国内外工程建设经验，对水下公路（道路）隧道交通工程设施（通风设施、照明设施、综合监控设施、紧急呼叫设施、火灾探测报警设施、消防设施、逃生通道、排水设施、结构健康监测设施、供配电设施、交通安全设施）的设置要求进行梳理，并总结归纳了4种不同施工工法类型（钻爆法、盾构法、沉管法、堰筑法）水下公路（道路）隧道交通工程设施的设计要点。

水下公路隧道；山岭公路隧道；交通工程设施；工程设计

0 引言

自20世纪60年代开始，中国大陆地区的上海、宁波、广州、厦门、青岛、武汉、长沙、南京、天津、杭州等地陆续兴建了一批水下公路（道路）隧道，而世界级超级工程——港珠澳沉管公路隧道也正在建设之中。交通工程设施作为水下公路（道路）隧道的重要配套工程，对保障其安全、高效、节能运行起着至关重要的作用，因而水下公路（隧道）交通工程设施设计是当前国内研究的热点问题，但JTG D70/2—2014《公路隧道设计规范》［1］、GB/T 18567—2010《高速公路隧道监控系统模式》［2］等标准规范仅适用于山岭公路隧道，不能完全满足水下公路（道路）隧道的工程建设需求；另一方面，按施工工法分类，水下公路（道路）隧道又分为钻爆法隧道、盾构法隧道、沉管法隧道、堰筑法隧道4种类型，每种型式的水下公路（道路）隧道对交通工程设施的配置要求亦不尽相同。

本文结合笔者编制《公路水下隧道设计规范》的体会，在对比水下公路（道路）隧道与山岭公路隧道差异的基础上，首次系统、全面地梳理了水下公路（道路）隧道交通工程设施的设置要求，并总结归纳了其设计要点，对国内相关工程建设具有重要的指导参考价值。

1 水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的对比

从影响交通运行的角度，系统、全面地对比水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的差异，是开展水下公路（道路）隧道交通工程设施设计的前提，如表1所示。从表1可以看出，水下公路（道路）隧道与山岭公路隧道的差异很大，尤其是盾构法隧道和沉管法隧道。相比于山岭公路隧道，水下公路（道路）隧道线形和结构更加复杂，对防灾、减灾与应急救援的要求更高。

2 水下公路（道路）隧道交通工程设施设置

根据表1给出的水下公路（道路）隧道与山岭隧道对比分析结果，结合国内外相关工程建设经验，对水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的交通工程设施设置进行了细致的对比，如表2所示。从表2可以看出，除接地与防雷设施外，其他交通工程设施的设置均有较大的差异。在交通工程设施设计时，需要面向特定工法施工的水下公路（道路）隧道进行针对性和特色化设计。

表1 水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的对比分析Table 1 Comparison and contrast between underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels

表2 水下公路（道路）隧道与山岭公路隧道交通工程设施的设置差异Table 2 Comparison and contrast between underwater road tunnels and mountain-crossing road tunnels in terms of traffic facilities

表2（续）

3 水下公路（道路）隧道交通工程设施设计要点

3.1 通风设施

由于水下公路（道路）隧道的交通量一般都很大，加之隧道出、入口纵坡较大，故在通风系统设计时，应加强对通风能力的验算，以防止通风能力不足导致隧道内污染空气在洞口积聚无法排出［3］。

钻爆法隧道、堰筑法隧道一般采用纵向通风排烟方式。双洞单向交通盾构隧道可采用纵向通风排烟方式（典型案例：长沙南湖路湘江隧道），当双洞单向交通盾构隧道发生交通阻塞的概率较高时，宜采用重点排烟方式，利用顶部富余的拱形空间作为排烟风道（典型案例：上海长江隧道、杭州钱江隧道、武汉长江隧道）；双层双向交通盾构隧道宜利用侧壁富余的空间作为排烟风道（典型案例：南京纬三路长江隧道）；沉管法隧道宜采用重点排烟方式，通常在行车道孔侧壁设有专用排烟风道（典型案例：港珠澳沉管隧道）。当水下（道路）公路隧道采用重点排烟时，排烟口间距不宜大于60 m，且连续开启的排烟口数量不宜少于3处［4］。

设有安全通道的沉管法隧道和盾构法隧道（单层行车），应在沉管段或盾构段两端设置加压风机，并在安全通道内设置调压风机。当隧道内发生火灾时，向安全通道加压送风，以防止行车道内的烟雾向安全通道内蔓延，同时为逃生人员提供新鲜空气。

此外，水下公路（道路）隧道的地下变电房、排水泵房、风机房、设备房等各类附属工程，应根据其使用要求设置机械通风及排烟设施。

3.2 照明设施

水下公路（道路）隧道加强照明和基本照明除应符合JTG/T D70/2—01—2014《公路隧道照明设计细则》［5］的相关要求外，还应注意以下几点：1）隧道内合流段、分流段的亮度不宜低于中间段亮度的3倍；2）在纵向安全通道、横向联络通道、工作井疏散楼梯内应设置照明设施，照度标准值不应低于100 lx；3）隧道出、入口应强化减光措施，如设置遮光棚（典型案例：厦门翔安隧道）。

3.3 综合监控设施

综合监控设施是水下公路（道路）隧道交通工程设施的重要组成部分，需要通过综合监控设施将通风、照明、消防、排水、火灾探测报警、交通监控、电力监控、紧急呼叫等设施有效集成，使之构成一个有机整体，实现联动控制。双层行车盾构隧道的综合监控设施构成更为复杂，需要将隧道上、下层控制网络进行有效整合。

3.4 紧急呼叫设施

紧急呼叫设施包括紧急电话系统和有线广播系统，长、特长水下公路（道路）隧道还应考虑设置无线广播系统。当采用无线广播方式时，应在隧道进口前设置醒目标志，以告知无线广播频率。

3.5 火灾探测报警设施

火灾探测报警设施包括火灾自动探测报警设施和手动报警按钮设施。水下公路（道路）隧道应同时采用线型光纤感温火灾探测器和点型红外火焰探测器（或图像型火灾探测器）［6］。水下公路（道路）隧道设备房、工作间内应配置智能感温或感烟探测器；沉管隧道、盾构隧道的电缆通道内应设置线型光纤感温火灾探测器。

3.6 消防设施

水下公路（道路）隧道内配备的消防灭火设施一般包括消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、灭火器等。山岭公路隧道发生火灾，即使结构遭受严重破坏，后期仍可通过加固维修等措施恢复其结构安全；但水下公路（道路）隧道不同，一旦其结构遭受严重损坏，引起江河、湖泊、海水倒灌，可能导致隧道永久不可修复，故水下公路（道路）隧道防火要求远高于山岭隧道。因此，允许货车通行的长、特长水下公路（道路）隧道水下段还应考虑设置水喷雾或泡沫喷雾设施。当条件允许时，特长水下公路（道路）隧道还可以自备消防车和消防摩托车。地下变电房、排水泵房、风机房、设备房、纵向安全通道、横向联络通道、工作井疏散楼梯也应设置灭火器。此外，水下公路（道路）隧道地下变电房应设置气体灭火设施。

3.7 逃生通道

上下行分离的双洞钻爆法隧道之间应设置横向通道［7］，并应符合下列规定：1）人行横通道设置间距宜取250 m，当设有辅助疏散设施和泡沫喷雾设施时，其间距可适当加大，但不应大于500 m；2）车行横通道设置间距可取750 m左右，不应大于1 000 m。

单层行车盾构隧道通常采用纵向通道疏散方式，即利用盾构隧道内行车道路面以下的空间建成纵向逃生通道，每隔一定间距设置紧急疏散口及滑（楼）梯，与路面之下的逃生通道连通，并沿其从隧道两端工作井到达地面，以逃离火灾危险区域。横向与纵向通道结合的疏散方式（典型案例：上海长江隧道）是在纵向通道疏散方式的基础上衍生而来的，即在两孔盾构隧道之间设置若干横向联络通道，同时，在各盾构隧道内行车道路面以下的空间建成纵向逃生通道，构成纵向、横向配合的疏散设施。在双层行车盾构隧道中，上、下层之间设置逃生楼梯道，使上、下行车道层互为纵向逃生通道，该方式在所有双层隧道中均采用（典型案例：上海复兴东路越江隧道、上海上中路越江隧道、南京纬三路长江隧道）。

以港珠澳沉管隧道为例，其采用两孔单管廊横断面（双向六车道），两侧为行车道孔，中间为综合管廊；管廊内分为3层，上层为专用排烟通道，中层为安全通道，下层为电缆沟和水泵房；沉管隧道中隔墙每隔90 m设置一处行人横通道（设常闭甲级防火门，向安全通道方向开启），连通上、下行车道孔及安全通道。在紧急情况下，两孔行车隧道、安全通道均可作为疏散通道，但安全通道为最佳疏散通道。

3.8 排水设施

防止水淹也是水下公路（道路）隧道的防灾重点之一，因此，隧道一般需要设置机械排水系统，将隧道内各类废水及洞口敞口部分的雨水分段集中，经排水泵提升后分别排入市政排水系统或附近的自然水体中。

3.9 结构健康监测设施

为实时监测水下公路（道路）隧道结构的健康状态，以保障其安全运行，应考虑引入物联网技术，设置结构健康监测设施，特别是沉管隧道和盾构隧道。水下公路（道路）隧道结构健康监测系统应符合CECS 333—2012《结构健康监测系统设计标准》［8］相关要求，并集成于综合监控设施中。

3.10 供配电设施

水下公路（道路）隧道电力负荷等级根据供电可靠性和中断供电对人身生命、生产安全造成的危害及对经济影响的程度确定。其中，排水泵、消防水泵、排烟风机的电力负荷等级为一级（特别重要负荷）。

设有中央控制管理设施的水下公路（道路）隧道应设置电力监控设施，并集成于综合监控设施中。电力监控设施宜采用分层分布式结构。

3.11 交通安全设施

在水下公路（道路）隧道出入口及隧道内小半径、长大下坡、合流段、分流段等事故易发路段前，应设置减速标线和警告标志；当水下公路（道路）隧道内设有匝道时，应在隧道入口和分岔前设置分流或合流预告标志；在水下公路（道路）隧道出入口的护栏端头、隧道紧急停车带端头、主线分流端等部位，应设置防撞垫；在进入水下公路（道路）隧道前，应连续设置不少于2道限高标志，最后一道必须采用硬杆型防撞门架，各限高标志之间应保持一段距离，并能够保证超高车辆及时分流，在门架前应设置分流超高车辆的通道；在水下公路（道路）隧道线形变化较大路段、隧道分岔处，应设置引导驾驶者行驶方向的线形诱导标，线形诱导标每处设置数量不应少于3块；长、特长隧道应在隧道入口前设置危险品检查站，其中，特长隧道宜配备危险品探测设施［9-15］。

4 结论与建议

1）从影响交通运行的角度来看，水下公路（道路）隧道和山岭公路隧道的差异主要表现在隧道位置、长度、线形、横断面、逃生通道设置、紧急停车带设置、结构安全和防灾重点等方面。在进行水下公路（道路）隧道交通工程设施设计时，需要考虑上述差异点。

2）水下公路（道路）隧道目前有4种施工工法，在进行交通工程设施设计时，需要面向特定工法施工的隧道进行针对性和特色化设计。水下公路（道路）隧道的关键交通工程设施包括重点排烟设施、无线广播设施、多类型的火灾探测报警设施、水喷雾或泡沫喷雾设施、多样化的逃生通道、排水设施、结构健康监测设施、高度集成的综合监控设施等，其设计方案直接影响到水下公路（道路）隧道是否能够安全、高效、节能运行。

3）本文首次总结归纳了不同工法水下公路（道路）隧道交通工程设施设计的要点，这对我国水下公路（道路）隧道交通工程建设具有重要的指导参考价值，相关研究成果已经纳入正在编制的交通运输部行业标准《公路水下隧道设计规范》。

4）未来还需要考虑引入云计算、物联网、移动互联网、大数据、新一代移动通信等新兴信息技术，建设智慧型水下公路（道路）隧道。

参考文献（References）：

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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

国家科技支撑计划项目（2011BAG07B05）；交通运输部公路工程标准规范制修订项目（厅公路字（2011）115号）

王少飞（1983—），男，陕西富平人，2008年毕业于长安大学，交通信息工程及控制专业，硕士，高级工程师，现从事公路隧道交通工程和智能交通系统工程方面的科研、设计、咨询工作。