低等级特长公路隧道逃生救援关键技术研究

丁建峰，张忠宇，陈喜坤，张小兵

（1.扬州市隧道管理处，江苏 扬州225002；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京210019）

0 引言

连云港某隧道于1984年开工建设，1989年贯通，1993年简易通车。隧道长约3 600m，洞内毛洞宽8.2m，拱顶高8.6m，行车道宽7.5m。该隧道未通长设置二次衬砌，仅洞口和局部危险段采用钢筋混凝土衬砌，水泥混凝土路面。随着连云港市经济水平的发展，隧道内通行的交通量日益增加，隧道内现有的机电系统及附属工程已严重不满足要求，隧道管养部门提出对隧道进行升级改造。升级改造后的隧道按三级公路标准设计，设计车速为30 km/h，采用双向两车道。隧道长约3.6 km，属于特长隧道，又为低等级公路，双向通行，隧道运营风险大，因此隧道消防救援设施为该隧道升级改造的关键点和难点。本文比选研究了三种隧道消防救援设施方案，供类似工程参考。

1 工程概况

1.1 隧道现状

隧道建设年代较早，隧道长约3 600 m，洞内毛洞宽8.2m，拱顶高8.6m，行车道宽7.5m，未通长设置衬砌，局部宽度不满足建筑限界[1-2]要求。隧道为简易通车状态，未设置通风、照明及消防系统，不满足特长隧道交通工程要求[3-5]。隧道洞门及洞身现状见图1。

图1 既有隧道现状

1.2 地质条件

隧道穿越的山体为太古界－元古界东海群（Ar2dh）地层，岩性主要为浅变质岩系白云钠长变粒岩和黑云变粒岩等。隧址区无较大的断裂构造，区域上属稳定的地块单元。岩层的片理较发育，产状160°～175°∠22°～35°，其走向与隧道轴线基本垂直。

由于受多期区域褶皱作用，韧性剪切带较发育，剪切带内多有软弱夹层，厚约1.0～5.0 cm，有的剪切带内软弱夹层被剪切揉皱呈饼状。岩体的片理、节理及剪切带的组合，使围岩多呈大块状及楔体状嵌镶结构。

隧址区地下水为基岩裂隙水，地层赋水条件及地下水含量一般，地下水通道为贯通的较密集节理裂隙带。隧道洞口围岩等级为Ⅳ级，洞身围岩等级以Ⅲ级为主，局部为Ⅳ级。

1.3 改造方案总体设计

隧道升级改造按三级公路标准设计，设计车速为30 km/h，采用双向两车道，建筑限界见图2。

为降低工程费用，本次升级改造，隧道平面拟合原平面设计，平面线型主要采用直线段，仅局部采用曲线段，平曲线半径不小于200m。

图2 隧道主洞建筑限界（单位：cm）

隧道纵断面拟合原纵坡设计，纵坡采用人字坡，隧道南侧洞口至洞身2 000m范围采用0.69%的上坡，剩余段落采用0.3%的下坡。

根据现场实测资料，目前隧道近似直墙拱型断面形式，毛洞净高8.5~8.6m，满足5m建筑限界高度要求；毛洞净宽为7.9~8.2m，基本满足隧道净宽要求，但部分段落洞身开挖质量误差较大，围岩鼓凸侵入隧道限界。因此，在进行隧道内轮廓设计时，对直墙与曲墙断面进行了论证：

（1）直墙拱型断面

拟合原毛洞断面形式，内空考虑侧墙预留装修层5 cm。主洞拱部采用R=380 cm圆弧，边墙采用760 cm（宽）×450 cm（高）的矩形断面，主洞衬砌内轮廓见图3。

图3 直墙拱形断面内轮廓（单位：cm）

（2）三心圆曲墙断面

采用受力条件好、断面利用率高、综合管线布置有利的三心圆断面进行比选。主洞内轮廓采用三心圆曲边墙结构，拱部采用R=400 cm圆弧，边墙采用半径R=740 cm圆弧，主洞衬砌内轮廓见图4。

对比上述两方案，采用直墙拱型断面形式，隧道基本无需开挖、施工简单、工程造价低。考虑到本隧道地质条件好，以Ⅲ级围岩为主，岩石强度高；且隧道以毛洞形式简易通车超过20 a，岩体基本保持稳定。隧道采用直墙拱型断面形式整治，并及时实施隧道一衬、二衬后，能够保证隧道结构安全。因此，推荐直墙拱型断面。

图4 曲墙拱形断面内轮廓（单位：cm）

在此基础上，设置完备的供电、照明、通风及消防系统，改造完成后的主洞断面效果见图5。

图5 改造后主洞断面效果

2 逃生救援方案

本隧道长度达3 600 m，属于特长隧道，单洞双向行驶，根据消防规范应设置紧急避难设施，隧道除设置紧急疏散标志及应急照明外，需重点考虑隧道运营中的逃生救援通道问题。为此，就逃生救援通道设置方案进行专项研究。

2.1 避难所方案

在隧道左右两侧每隔300m交错设置一处避难所，以供人员应急疏散，见图6～图8。

图6 隧道避难所布置图

图7 平行导洞布置图

图8 上部逃生通道布置图

避难所顶部设置防毒面罩及通风设施，防毒面罩脱落方式采用主动+自动脱落方式，避难所内设置紧急照明，为了更快使避难者学会使用防毒面罩及稳定避难者情绪，可在避难所内设置一台壁挂式显示屏，循环播放防毒面罩的使用方法、相关避难知识及火灾现场救援情况。另外避难所采用两道防火门，防火门的开启采用人工+自动控制两种控制方式。避难所与主洞的联系见图9。

图9 避难所剖面示意图

避难所内采用独立的通风系统。通风管道、排气管道分别位于隧道左右两侧电缆沟内。当隧道内发生火灾时，由监控中心发出指令，开启避难所通风系统，输入新鲜空气，排出污染气体。

2.2 平行导洞方案

平行导洞一般是在隧道建设时为开展多个施工作业面而伴随着主洞建设的施工通道，在工程完工后被用作通风通道及人员逃生通道。

为满足本隧道（特长隧道）逃生救援需求，在隧道一侧沿主洞设置一个救援平行导洞，平行导洞长约3.647 km，导洞建筑限界净宽2.0 m，净高2.5m。

2.3 上部逃生通道方案

为了便于隧道逃生救援，同时节约工程投资，充分利用隧道上部空间结构设置逃生通道。根据隧道断面尺寸和功能分布，在行车道顶部设置应急逃生通道，下部为行车道，见图10。

图10 上部逃生通道示意图（单位：cm）

逃生通道出入口结合紧急停车带布置（每隔600m一处，左右较差布置），于紧急停车带一端设置疏散楼梯。当隧道内发生紧急情况时，事故被困人员可通过疏散楼梯进入上层应急逃生通道，从而及时撤离隧道危险地带。逃生通道采用纵向通风换气方式，按3次/h进行设计。逃生通道与主洞的关系见图11。

图11 逃生通道入口示意图

2.4 方案比选

结合本项目实际情况，方案一造价最低，且不破坏周边环境，当发生火灾时，人员能迅速躲避到避难所中，在两道防火门隔绝外部烟尘与污染空气，并及时通风换气的情况下，等待外部救援，安全性较好；此外避难所实施工艺简单，可以与隧道主体一起改造，施工难度较小，工期较短，见表1。

表1 逃生救援方案比选表

因此，经过综合比较，本隧道逃生救援推荐采用方案一：设置避难所。

3 结论与建议

通过对连云港某单洞双向公路隧道进行升级改造方案研究，得出如下结论：

（1）随着交通量的增长，早些年建设完成的一些公路隧道，特别是低等级公路隧道，其服务功能如通风、照明等已不能满足要求，但此类隧道仍为重要的交通要道，因此管养部门应对此类隧道进行重点排查，必要时进行相关机电系统的升级改造。

（2）单洞双向逃生方案，平导更为有利，但改造升级费用较高，对于本项目低等级道路而言选择避难所更为合理。