公路隧道分类及公路隧道群概念的探讨

公路隧道分类及公路隧道群概念的探讨招商局重庆交通科研设计院有限公司隧道工程所，重庆400067摘要：近年来，我国在公路隧道工程建设领域取得了举世瞩目的重大成就，针对我国公路隧道发展现状及趋势，提出了新的公路隧道分类标准，明确了公路隧道群的概念。研究结论对于确定公路隧道交通工程设计规模、创新公路隧道交通工程设计模式、完善公路隧道运营管理方式、提升公路隧道运营管理水平，具有一定的参考价值。关键词：公路隧道；隧道群；分类标准；交通工程0引言公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展。由于隧道在特定条件下具有其他路线方案难以替代的作用，所以在高等级公路建设中得到了广泛应用[1]。随着国家及地方高速公路网规划的逐步实施以及高速公路不断向山区延伸，在高速公路建设快速推进的过程中，公路隧道及隧道群成为重庆、福建、贵州、云南、浙江、陕西、山西、广东、广西、江西等隧道大省(市、区)需要进行重点攻关的工程建设项目。针对我国公路隧道发展现状及趋势，本文提出了新的公路隧道分类标准，明确了公路隧道群的概念，研究结论对于确定公路隧道交通工程设计规模、创新公路隧道交通工程设计模式、完善公路隧道运营管理方式、提升公路隧道运营管理水平，具有一定的参考价值。1我国公路隧道发展现状及趋势公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展。由于隧道在特定条件下具有其他路线方案难以替代的作用，所以在高等级公路建设中得到了广泛应用。20世纪50年代，我国仅有30多座公路隧道，总长约2.5km；60年代和70年代，我国干线公路上曾修建了百米以上的隧道，1964年修建的北京至山西原平公路(四级公路)上的两座200m以上的隧道已是非常大的工程；截至1979年，我国公路隧道也仅有374座，总长为52km。进入21世纪，我国在公路隧道建设领域取得了举世瞩目的重大成就，以秦岭终南山隧道为代表的一大批长大公路隧道的建成通车，标志着我国公路隧道的设计、施工、监理、养护和运营水平达到了一个新的高度。2002年11月6日，原交通部副部长胡希捷在北京召开的“国际隧道研讨会暨公路建设交流大会”开幕式上宣布，中国已成为世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展最快的国家。原交通部总工凤懋润认为，随着高等级公路向西部延伸，本世纪前10年中，我国将有总长155km以上的公路隧道要投入建设。我国公路隧道建设情况(2000～2007年)见表1，部分已建和在建长大公路隧道见表2。随着国家及地方高速公路网规划的逐步实施以及高速公路不断向山区延伸，在高速公路建设快速推进的过程中，长大公路隧道及隧道群成为重庆、福建、贵州、云南、浙江、陕西、山西、广东、广西、江西等隧道大省(市、区)需要进行重点攻关的工程建设项目。例如，重庆在建高速公路的桥隧长度占路线总长的平均比例达50%以上，个别路段高达90%，桥隧总数为1000多座，其中单洞超过3km长的特长隧道有33座，超过5km长的特长隧道有13座，特大桥、特长隧道及隧道群之多，居全国之冠；陕西西(安)汉(中)高速公路突破了我国的南北分界线——秦岭，是同时期全国高速公路建设一次性投资最大、里程最长、难度最大的工程，全线三分之二的路段都是隧道和桥梁，136座隧道也构成了世界规模最大的公路隧道群。表1我国公路隧道建设情况(2000～2007年)年份特长隧道长隧道中隧道短隧道总计200783处36.10万延米607处100.11万延米758处53.68万延米3225处65.66万延米4673处255.55万延米200649处19.18万延米444处72.32万延米577处40.94万延米2718处51.75万延米3788处184.18万延米200543处16.59万延米381处62.51万延米485处34.18万延米1980处39.43万延米2889处152.70万延米200433处12.63万延米299处49.33万延米428处29.78万延米1735处32.81万延米2495处124.56万延米200327处9.97万延米242处38.56万延米746处38.07万延米1160处13.47万延米2175处100.1万延米200221处7.59万延米194处30.52万延米657处33.02万延米1100处12.38万延米1972处83.5万延米200118处6.6万延米155处24.2万延米566处28.1万延米1043处11.6万延米1782处70.5万延米200015处5.8延米1360处50.05延米表2我国部分已建和在建长大公路隧道一览表隧道名称所在地区长度(m)竣工时间/年车道×车洞通风方式秦岭终南山隧道陕西1802020072×2左右洞共用3座斜、竖井分段纵向通风西山隧道山西13700在建2×2雪山隧道台湾1290020052×2+服务隧道左右洞各3座竖井分段纵向通风大坪里隧道甘肃12288在建2×2共设置4座竖井分段纵向通风宝塔山隧道山西10480在建2×2斜、竖井送排式纵向通风翔安海底隧道厦门9000在建2×2龙潭隧道湖北8700在建2×2左右洞各2座斜、竖井送排式纵向通风括苍山隧道浙江790320082×2左右洞各1座斜井送排式纵向通风、顶隔板排烟苍岭隧道浙江760520072×2左右洞各1座斜井送排式纵向通风、顶隔板排烟方斗山隧道重庆760020082×2左右洞各1座斜井送排式纵向通风雪峰山隧道湖南695020072×2左洞2座斜、竖井、右洞单斜井送排式纵向通风秦岭一号隧道陕西614420072×2上行单斜井送排式纵向通风、下行射流纵向通风秦岭二号隧道陕西612520072×2上行单斜井送排式纵向通风、下行射流纵向通风铁峰山二号隧道重庆602520072×2近期全射流+远期竖井分段送排式纵向通风美菰林隧道福建558020032×2左右洞各1座斜井集中排风纵向通风九岭山隧道江西5474在建2×2左右洞共用1座斜井分段纵向通风隧道名称所在地区长度(m)竣工时间/年车道×车洞通风方式雁门关隧道山西513520032×2左洞2座斜、竖井右洞单井送排式纵向通风彩虹岭隧道广东506820072×2全射流纵向通风2公路隧道分类标准这里所提到的公路隧道分类，包括按长度对公路隧道进行分类和公路隧道交通工程等级两个方面。2.1公路隧道长度分类标准《公路隧道设计规范》(JTJ026-90)[4]曾将公路隧道按其长度分为四类，见表3；《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)[5]亦将公路隧道按其长度分为四类，见表4；《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)[6]也将铁路隧道按其长度亦分为四类，见表5；《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)[7]则将城市交通隧道按其封闭长度及交通情况分为四类，见表6。参考上述规范，结合我国公路隧道发展现状及趋势，从工程建设难度及运营管理方式等方面考虑，本文提出将公路隧道按其长度分为六类，见表7，其中，中长隧道、长隧道、特长隧道和超长隧道统称为长大公路隧道，对特长隧道及超长隧道的工程建设一般应开展关键技术专项研究。表3公路隧道分类隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度(m)L30003000≥L≥10001000L250L≤250表4公路隧道长度分类分类特长隧道长隧道中隧道短隧道长度(m)L30003000≥L10001000≥L500L≤500表5铁路隧道长度分类分类特长隧道长隧道中长隧道短隧道长度(m)L1000010000≥L30003000≥L500L≤500表6城市交通隧道分类用途隧道封闭段长度L(m)一类二类三类四类可通行危险化学品等机动车L1500500L≤1500L≤500—仅限通行费危险化学品等机动车L30001500L≤3000500L≤1500L≤500仅限人行或通行非机动车——L1500L≤1500表7公路隧道长度分类标准分类超长隧道特长隧道长隧道中长隧道中隧道短隧道长度(m)L1000010000≥L50005000≥L30003000≥L10001000≥L500L≤5002.2公路隧道交通工程等级目前关于公路隧道交通工程等级的确定较为混乱，《高速公路隧道监控系统模式》(GB/T18567-2001)[8]和《公路隧道交通工程设计规范》(JTG/TD71-2004)[9]均将其划分为A、B、C、D四级；而《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)[10]中将其又划分为A1和A2两类。根据前文提出的新的公路隧道长度分类标准，本文建议按长度和单洞年平均日交通量将公路隧道交通工程等级划分为五个等级，如图1所示。需要说明的是，对于事故率高、平曲线半径为400m以下或纵坡超过3%的下坡线形较差的隧道，在相应等级的基础上须再提高一档。3公路隧道群的概念所谓公路隧道群，是指某公路路段上两座或两座以上间隔一定距离的隧道的总称，公路隧道群包括连续隧道和毗邻隧道[11-12]。《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)[13]提到了“连续隧道”，但并未在概念上对其予以明确说明。3.1公路隧道群划分的依据连续隧道和毗邻隧道的划分主要应结合通风、照明、交通安全、防火安全等因素统筹考虑。1.通风因素对于连续隧道，上游隧道交通量及其特性将为下游隧道交通量预测创造条件，故对下游公路隧道通风控制有较大影响。对于毗邻隧道，除上游隧道交通量及其特性外，上游隧道出口污染物的排放对下游隧道的影响也必须被预知，从而保证下游隧道通风的准确性、合理性。因此，连续隧道和毗邻隧道通风的最大区别在于是否考虑上游公路隧道出口污染物对下游公路隧道入口空气的影响。文献[14]研究表明，某城市公路隧道洞口污染物的浓度随着距离增加迅速降低，CO扩散范围约为120m。文献[15]研究表明，广东深汕高速公路鲘门隧道口附近约100m范围内为有害气体浓度密集区，200m范围内空气质量受到影响；其中，NOx在150m外能检测到超标情况，CO浓度在100m以外基本达到空气中的正常含量。文献[16]研究表明，重庆渝合高速公路北碚隧道洞口纵向70m外，最大CO浓度值均小于5ppm。总结上述研究成果，可以得出如下结论：当两公路隧道间距大于200m时，隧道污染物一般不会发生串流现象。2.照明因素对于连续隧道，隧道间距相对较远，各个公路隧道的照明可认为相互之间不受影响，照明设计可以独立进行，其照明控制方法就是单体隧道照明的控制方法。对于毗邻隧道，隧道间距相对较近，上游公路隧道的出口照明与下游公路隧道的入口照明之间有明显的相关关系。驾驶员在驶出上游公路隧道时经历了“明适应”过程，若在很短暂的时候内又要经历“暗适应”过程，将会给其心理和生理带来极大的影响，通常一般人进入隧道的暗适应时间约为10秒，而明适应时间约为1～3秒[1]。从已建公路隧道的实际运营状况来看，毗邻隧道的照明控制仍然是独立进行的，并未考虑照明控制的联动性[17]。3.交通安全因素从交通安全因素考虑，高速公路隧道出口处亮度的急剧变化，容易诱发视觉障碍，并影响驾驶员对出口处交通标志的准确认知，文献[18]研究表明，限速为60km/h和80km/h隧道，洞外交通标志距公路隧道出口的安全距离分别为120m和140m。驾驶员从上游隧道出口驶出，应能看到下游隧道进口的障碍物，按此考虑应保持一个停车视距，高速公路停车视距应符合表8的规定。表8高速公路停车视距[10]设计速度(km/h)1201008060停车视距(m)210160110754.防火安全因素对于连续隧道，虽然隧道间距较远，烟雾的扩散不会影响到另一座隧道，但是火灾隧道引起的交通中断必然会对相邻隧道的交通流产生影响。因此，连续隧道发生火灾时，不仅要对火灾隧道进行控制和救援，还要对连续隧道中的其他正常隧道进行控制，防止火灾的蔓延以及二次事故的发生。连续隧道中某隧道发生灾害时，控制系统应能对隧道群进行联动控制。对于毗邻隧道，由于上游隧道出口与下游隧道进口相距较近，火灾工况下，隧道间的相互影响甚大。当下游隧道发生火灾时，控制系统必须迅速做出反应，一方面要保障下游隧道的人员逃生，防止