馬頭山隧道設計方案分析與比選

孫 鵬

(山西省交通規(guī)劃勘察設計有限公司，山西 太原 030032)

1 概 述

國道108下北泉至神堂堡改擴建工程設計速度采用60 km/h，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級。馬頭山隧道位于山西省忻州市繁峙縣神堂堡鄉(xiāng)，屬長隧道，為本項目主要控制點。由于隧道進出口段均為村莊，運營期間來往人員、車輛、牲畜較多，交通組成復雜，一旦隧道內發(fā)生交通安全事故，防災救援將成為本隧道的焦點問題。針對以上可能存在的安全問題，設計上進行了單洞對向雙車道、分離式雙洞雙向四車道兩個方案的論證，并進行了比選。

方案一：公路等級：二級，設計速度采用60 km/h，路基寬度采用10 m；全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道凈寬×凈高采用11.00×5.00 m，為單洞對向雙車道行駛。

方案二：公路等級：一級，設計速度采用60 km/h，與一標段銜接處路基寬度采用10 m漸變至23 m(整體式)，分離式路基寬度采用11.25 m，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道凈寬×凈高采用9.75×5.00 m，為分離式雙洞雙向四車道行駛。

2 方案論述

2.1 方案一

公路等級：二級，設計速度采用60 km/h，路基寬度采用10 m；全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道建筑限界凈寬10.75 m(1.00 m檢修道+0.75 m左側側向寬度+2×3.75 m行車道+0.75 m右側側向寬度+1.00 m檢修道)，凈空限界高度5.00 m，為單洞對向雙車道行駛。全線設橋梁307.5 m/2座，隧道1 676 m/1座，涵洞4道。

此方案馬頭山隧道洞體全長1 676 m，屬長隧道，進口段里程樁號為AK344+086，出口段里程樁號為AK345+762，洞體最大埋深約231 m，位于AK344+980。隧道總體走向呈245°隧址區(qū)范圍內出露地層由新到老為第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質巖組成。

針對馬頭山隧道單洞對向雙車道行駛防災救援問題，設計上提出兩種防災救援方案進行比較。

(1)救援方案一、在進出口段500 m范圍，分別設置兩段逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞。緊急狀況出現(xiàn)時，可以通過逃生救援通道進行人員疏散。救援通道凈寬4.0 m，凈高5.0 m。逃生救援通道主體工程造價RMB2 112.2萬元。

(2)救援方案二、在隧道全線范圍內，設置逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞，隧道與逃生救援通道之間設置連接橫通道，橫通道間距取250 m。緊急狀況出現(xiàn)時，可以通過避險通道進行人員疏散。救援通道凈寬4.0 m，凈高5.0 m。逃生救援通道主體工程造價RMB3 461.2萬元。

本方案在進口AK344+000處設隧道管理站，房建總建筑面積482.51 m2，總用地面積約5畝(凈占地)。

交通工程隧道機電系統(tǒng)包括：隧道供配電、照明、通風、消防等。供配電設計采用傳統(tǒng)供電方式，在隧道入口及出口各設置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統(tǒng)采用LED分級調光系統(tǒng)。通風設計近期2020年不需要設置機械通風，遠期2033年可增加四臺射流風機進行機械通風；在隧道土建施工時，同時安裝射流風機預埋件。消防設計近期全部采用干粉滅火器消防，遠期考慮設置水成膜泡沫滅火裝置和水消防系統(tǒng)，在做隧道預留預埋時，考慮了消火栓箱、檢修閥門及電伴熱配電箱的預留洞室及預埋件，以便日后增加此部分設備。

2.2 方案二

公路等級：一級，設計速度采用60 km/h，與一標段銜接處路基寬度采用10 m漸變至23 m(整體式)，分離式路基寬度采用11.25 m，全線橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級；隧道建筑限界凈寬9.75 m(0.75 m檢修道+0.50 m左側側向寬度+2×3.50 m行車道+0.75 m右側側向寬度+0.75 m檢修道)，凈空限界高度5.0 m，為分離式雙洞雙向四車道行駛。全線設橋梁322.5 m/2座，隧道1 729.5 m/1座，涵洞7道。

此方案馬頭山隧道右線洞體全長1 773 m，進口段里程樁號為AYK344+029，出口段里程樁號為AYK345+802，洞體最大埋深約232 m，位于AYK344+969。左線洞體全長1 686 m，進口段里程樁號為AZK344+079，出口段里程樁號為AZK346+765，洞體最大埋深約236 m，位于AZK345+061。左右線均屬長隧道。隧道總體走向呈244°。隧址區(qū)范圍內出露地層由新到老為第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)坡積物、上太古界五臺超群石嘴群文溪組(Ar31w)變質巖組成。

本方案在進口AK344+000處設隧道管理站，617.50 m2，總用地面積約6.7畝(凈占地)。

本方案隧道機電設施包括隧道監(jiān)控、供配電、照明、通風、消防、隧道救援。供配電設計采用傳統(tǒng)供電方式，在隧道入口及出口各設置一處箱式變電站，外電引自牛幫口10 KV支線。照明系統(tǒng)采用LED分級調光系統(tǒng)。通風設計近期、遠期均不需要考慮設置機械通風，但由于隧道長度均大于1 500 m，通風設計時需要考慮火災對策，近期設置12臺射流風機進行機械通風。消防設計的主要內容包括：室內外消火栓，室內消火栓，水成膜泡沫滅火器，消防管網(wǎng)，高、低位水池，消防加壓泵，變頻控制系統(tǒng)，防火卷簾、防火門、消防車、消防器材指示標志、消防管網(wǎng)保溫、電纜防火封堵等。隧道救援方案設計包括防災救援原則，救援設施，救援流程，火災區(qū)段的劃分及風機的開啟，消防救援初步預案，危險品車輛的安全運輸管理等。

3 方案對比

3.1 方案一

優(yōu)點是與方案二相比，工程造價低。

缺點：

(1)隧址區(qū)臨近村莊，人、車、畜混合通行，交通流方向復雜，容易發(fā)生事故。

(2)防災救援困難，運營期間隧道內一旦發(fā)生交通事故，人員逃生疏散困難，容易造成安全事故。

(3)相對于方案二，隧道通行能力差，容易產生交通瓶頸，引發(fā)交通事故，救援人員進入現(xiàn)場困難。隨著未來國道108線交通量的增加，交通瓶頸會越發(fā)嚴重。

(4)考慮國道G108未來發(fā)展的空間，下階段逃生救援通道改擴建成一級公路隧道難度較大，且會造成不必要的浪費。

3.2 方案二

優(yōu)點：

(1)上下行通行可以有序地組織交通，減少由于交通混亂發(fā)生事故、擁堵的幾率。

(2)分離式雙洞雙向四車道交通通行能力好，更好地適應了未來國道108線交通量的發(fā)展。

(3)防災救援隱患小，運營期間隧道內發(fā)生交通事故，人員逃生疏散容易。

(4)分離式雙洞雙向四車道隧道一次建成，為下階段國道108線改擴建成一級公路奠定了良好基礎。

缺點是工程造價較高。

如表1為兩種方案的經(jīng)濟對比表。

表1 108改線項目經(jīng)濟比較表(萬元)

3.3 比選結論

考慮到本路段的運營安全，交通量的持續(xù)增長導致未來改擴建的實際需要以及近遠期的綜合建設成本，我們推薦將方案二作為本項目的推薦方案。

4 結束語

由于馬頭山隧道交通組成復雜且為長隧道，所以設計中要著重考慮防災救援問題。本文通過對單洞對向雙車道+防災救援通道和分離式雙洞雙向四車道兩個設計方案進行分析比選，最終選擇了分離式雙洞雙向四車道的方案，并將本路段由二級公路升級為一級公路。選擇過程中主要本著以人為本、安全先行的原則，同時以發(fā)展的思維去考慮成本，讓綜合效益最大化，避免重復投資造成浪費。