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

        2019-12-19 02:41:34丁建峰張忠宇陳喜坤張小兵
        城市道橋與防洪 2019年12期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置

        丁建峰,張忠宇,陳喜坤,張小兵

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

        0 引言

        連云港某隧道于1984年開工建設(shè),1989年貫通,1993年簡易通車。隧道長約3 600m,洞內(nèi)毛洞寬8.2m,拱頂高8.6m,行車道寬7.5m。該隧道未通長設(shè)置二次襯砌,僅洞口和局部危險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)有的機電系統(tǒng)及附屬工程已嚴重不滿足要求,隧道管養(yǎng)部門提出對隧道進行升級改造。升級改造后的隧道按三級公路標準設(shè)計,設(shè)計車速為30 km/h,采用雙向兩車道。隧道長約3.6 km,屬于特長隧道,又為低等級公路,雙向通行,隧道運營風險大,因此隧道消防救援設(shè)施為該隧道升級改造的關(guān)鍵點和難點。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,未通長設(shè)置襯砌,局部寬度不滿足建筑限界[1-2]要求。隧道為簡易通車狀態(tài),未設(shè)置通風、照明及消防系統(tǒng),不滿足特長隧道交通工程要求[3-5]。隧道洞門及洞身現(xiàn)狀見圖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)巖系白云鈉長變粒巖和黑云變粒巖等。隧址區(qū)無較大的斷裂構(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。隧道洞口圍巖等級為Ⅳ級,洞身圍巖等級以Ⅲ級為主,局部為Ⅳ級。

        1.3 改造方案總體設(shè)計

        隧道升級改造按三級公路標準設(shè)計,設(shè)計車速為30 km/h,采用雙向兩車道,建筑限界見圖2。

        為降低工程費用,本次升級改造,隧道平面擬合原平面設(shè)計,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,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)場實測資料,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,但部分段落洞身開挖質(zhì)量誤差較大,圍巖鼓凸侵入隧道限界。因此,在進行隧道內(nèi)輪廓設(shè)計時,對直墻與曲墻斷面進行了論證:

        (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)輪廓見圖4。

        對比上述兩方案,采用直墻拱型斷面形式,隧道基本無需開挖、施工簡單、工程造價低。考慮到本隧道地質(zhì)條件好,以Ⅲ級圍巖為主,巖石強度高;且隧道以毛洞形式簡易通車超過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,并及時實施隧道一襯、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、通風及消防系統(tǒng),改造完成后的主洞斷面效果見圖5。

        圖5 改造后主洞斷面效果

        2 逃生救援方案

        本隧道長度達3 600 m,屬于特長隧道,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)置緊急疏散標志及應(yīng)急照明外,需重點考慮隧道運營中的逃生救援通道問題。為此,就逃生救援通道設(shè)置方案進行專項研究。

        2.1 避難所方案

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

        圖6 隧道避難所布置圖

        圖7 平行導洞布置圖

        圖8 上部逃生通道布置圖

        避難所頂部設(shè)置防毒面罩及通風設(shè)施,防毒面罩脫落方式采用主動+自動脫落方式,避難所內(nèi)設(shè)置緊急照明,為了更快使避難者學會使用防毒面罩及穩(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)避難知識及火災(zāi)現(xiàn)場救援情況。另外避難所采用兩道防火門,防火門的開啟采用人工+自動控制兩種控制方式。避難所與主洞的聯(lián)系見圖9。

        圖9 避難所剖面示意圖

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

        2.2 平行導洞方案

        平行導洞一般是在隧道建設(shè)時為開展多個施工作業(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通道及人員逃生通道。

        為滿足本隧道(特長隧道)逃生救援需求,在隧道一側(cè)沿主洞設(shè)置一個救援平行導洞,平行導洞長約3.647 km,導洞建筑限界凈寬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。當隧道內(nèi)發(fā)生緊急情況時,事故被困人員可通過疏散樓梯進入上層應(yīng)急逃生通道,從而及時撤離隧道危險地帶。逃生通道采用縱向通風換氣方式,按3次/h進行設(shè)計。逃生通道與主洞的關(guān)系見圖11。

        圖11 逃生通道入口示意圖

        2.4 方案比選

        結(jié)合本項目實際情況,方案一造價最低,且不破壞周邊環(huán)境,當發(fā)生火災(zāi)時,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,并及時通風換氣的情況下,等待外部救援,安全性較好;此外避難所實施工藝簡單,可以與隧道主體一起改造,施工難度較小,工期較短,見表1。

        表1 逃生救援方案比選表

        因此,經(jīng)過綜合比較,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

        通過對連云港某單洞雙向公路隧道進行升級改造方案研究,得出如下結(jié)論:

        (1)隨著交通量的增長,早些年建設(shè)完成的一些公路隧道,特別是低等級公路隧道,其服務(wù)功能如通風、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)對此類隧道進行重點排查,必要時進行相關(guān)機電系統(tǒng)的升級改造。

        (2)單洞雙向逃生方案,平導更為有利,但改造升級費用較高,對于本項目低等級道路而言選擇避難所更為合理。

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