二郎山隧道技术调研报告

                                       ——高速公路隧道

1．隧道概况及工程水文地质条件

1.1基础情况介绍

    世界最长的双洞高速公路隧道---都江堰二郎山公路隧道。该隧道是国家交通规划网内蒙古包头 至广东茂名高速公路在四川境内的重要路段，也是四川省“三纵四横五辐射”公路骨架网中四川至安康高速公路沟通都江堰南北地区交通的控制性工程。  都江堰二郎山公路隧道北起四川安区五台乡，南抵商洛市柞水县营盘镇，隧道单洞全长18.02公里，双洞长36.04公里。隧道按双向车道高速公路标准建设；隧道净宽10.5米，限高5米；设计车速80公里/小时，总投资31.93亿元。

1.2隧道概况

都江堰是嘉陵江与长江两大水系的分水岭，是四川至安康高速公路必须克 服的天然屏障。都江堰二郎山特长隧道位于西康公路四川至柞水段，隧道全长18.020km，为东线、西线双洞四车道，中线间距30m。该隧道是国家公路网规划的西部开发公路干线中的内蒙古阿荣旗至广西北海和银川至武汉两条路线上的共用段，也是四川省规划的"米"字型公路网主骨架西康公路中的重要组成部分。它的建成对促进西部开发战略的实施和四川省与周边省市的经济交流具有十分重要的意义。该隧道由石砭峪垭口翻越都江堰地区的二郎山，在隧道东侧与西康铁路都江堰特长隧道相邻。进口位于长安县石砭峪乡青岔村石砭峪河右岸。出口位于柞水县营盘镇小峪街村太峪河右岸。洞内为人字坡，最大纵坡为 1.1%。隧道最大埋深1600m。行车速度为60~80km/h，隧道内路面为水泥混凝土路面

1.3工程水文地质条件

洞身岩性主要以混合片麻岩和混合花岗岩为主，岩石坚硬，岩体完整，受构造影响轻微，节理不发育，围岩类别多为Ⅳ、Ⅴ类，最大埋深10m。经预测在该段可能发生轻微至中等程度岩爆,局部岩爆强烈。

隧道位于节理裂隙贫水区，地形地貌形态属中山区，岭脊部位切割深度700至1000m。植被较发育,覆盖率达70%。经同位素测试分析及水文地质计算，本地区地下水深度一般小于100m，隧道通过地段可能的单位正常涌水量为95.4m3/d•km，最大涌水量180m3/d•km。水化学类型为HCO3•SO4-Ca•Na型水及SO4-Ca型水，矿化度小于1.0g/L，地下水无侵蚀性。隧道所处地区地表径流水源丰富、充足且水质纯净，均可用于生活及生产用水。

2．隧道整体设计构造

2.1隧道建筑限界及衬砌内轮廓

　　隧道建筑限界净高5m，净宽10.50m。其中行车道宽2×3.75m；在行车道两侧设0.50m的路缘带及0.25m的余宽；隧道内两侧设宽度为0.75m的检修道，高于路面0.40m。

　  衬砌内轮廓设计主要考虑的因素：结合铁路隧道设计及施工经验，尽可能使衬砌圆顺，受力合理，采用曲墙衬砌；结合本隧道拟采用设三竖井纵向运营通风方式，主隧道内尚需在拱顶按一定间距安装射流机进行调压，以满足隧道内风量和洞内合理风速要求（初步计算为6~7m/s左右，满足规范要求，但洞内风速不太 大），同时考虑预留静电除尘装置等；根据隧道交通工程及运营设施的设计，设置排水沟、各种电缆沟、消防管道布设，并满足设备设置、内装修的净空。经比选采用三心圆内轮廓形式，净宽10.92m，净高7.6m。

2.2隧道衬砌设计

　　参照现行国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153-92）及《铁路工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50216-94）规定的结构可靠度。选定隧道结构的设计基准期暂考虑为100年，安全等级为一级。

衬砌结构的设计是根据都江堰地区的工程地质、水文地质、围岩类别、施工条件并结合铁路隧道的设计成果，类比类似公路隧道的设计经验并进行结构检算后综合确定。洞口段为满足国防要求，采用C25钢筋混凝土模筑衬砌。洞身其余地段均采用曲墙复合式衬砌。IV、V、VI类围岩根据岩爆的程度不同采取相应的锚、喷、网措施。

2.3隧道防排水设计

　　采用防、截、排、堵相结合，综合治理的原则。达到防水可靠、排水畅通、经济合理、不留后患的目的。 

　　本隧道按洞内正常总涌水量8604.3m3/d，最大涌水量15695.3m3/d，并考虑1.5倍安全系数作为运营期间设计排水流量。隧道内设置双侧水沟，主要用于隧道地下水的排泄。在初期支护与二次衬砌之间设1.2mm厚EVA防水板和300g/m2的无纺布。隧道拱墙设弹簧排水管盲沟。全隧道两侧墙脚设Ф100×5mmPVC纵向排水盲沟，与环向盲沟及墙脚泄水孔采用三通连接，在纵向每隔100m设检查井，以便检查清洗。施工缝处设遇水膨胀止水条。为排除车辆带入的水和隧道内清洗的污水及火灾时的消防水，在路面横坡的低侧设Ф250mm的圆形预制路面排水沟，间隔100m设一处清洗用的检查井，便于养护管理。在隧道路面下设10cm厚的水泥处理碎石排水基层，将水排入路面水沟。

2.4紧急停车带及横通道

　　在行车方向的右侧设置紧急停车带，间距500m。紧急停车带长度按停靠大型卡车2~3辆考虑，有效长度30m，全长40m。宽度较正常地段加宽3.0m。

　　在隧道发生灾害时，为了尽快疏散洞内车辆，便于维修养护，在东、西线隧道间设行车横通道，间距为500m。行车横通道中线与隧道中线斜交，夹角约60°，汽车转弯半径R=15m。每隔2km设一处反向行车横通道。横通道净宽4.5m，净高5.8m。 

　　在隧道发生灾害时，为了使洞内人员尽快疏散、逃逸，两座隧道间设行人横通道，间距250m，其中一半设为的行人横通道，另一半与行车横通道合用。断面净宽2m，净高2.5m。行人横通道与行车横通道间隔布置。

                  3. 洞门及洞身结构形式

3.1洞门及洞身结构形式

    洞门：都江堰二郎山公路隧道的洞门采用端墙式洞门。适用于地形开阔、较为稳定的岩质仰坡、地层基本稳定的洞口；其作用在于支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。

    洞身：参照现行国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153-92）及《铁路工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50216-94）规定的结构可靠度。选定隧道结构的设计基准期暂考虑为100年，安全等级为一级。衬砌结构的设计是根据都江堰地区的工程地质、水文地质、围岩类别、施工条件并结合铁路隧道的设计成果，类比类似公路隧道的设计经验并进行结构检算后综合确定。洞口段为满足国防要求，采用C25钢筋混凝土模筑衬砌。洞身其余地段均采用曲墙复合式衬砌。IV、V、VI类围岩根据岩爆的程度不同采取相应的锚、喷、网措施。

4．施工通风技术

4.1隧道施工通风方式

隧道施工通风方式可分为巷道通风和风管式通风，而风管式通风又可为压入式、抽出式和混合式通风。

都江堰二郎山公路隧道采用长管路混合式通风方式，分别从公路隧道进口、铁路隧道的9通、11通、15通、20通架设风机。

4.2施工通风量的计算

试验段位于公路隧道中部20通处,总长1580m,独头通风长度1300m。其他(9、11、15通)开辟的工作面，通风长度均小于1300m，综合考虑，确定1300m为最大通风长度。隧道施工通风量的计算主要考虑如下技术标准：

1. 供给洞内每人的新鲜空气量q=4.0m3/min；

2. 内燃机车供风量为4.5m3/min；

3. 平导洞内回风流速大于0.25m/min，正洞回风流速大于0.15m/min；

4. 平导一次爆破炸药用量110kg(按掘进3m/循环)，正洞一次爆破炸药用量420kg(按掘进3m/循环)；

5. 风管百米漏风率β≤1.0%；

6. 风管百米静压损失∆P≤70Pa；

7. 隧道内粉尘浓度，含有10%以上游离Si02的水泥粉尘为2mg/m3，含有10%以下游离Si02的水泥粉尘为6mg/m3，Si02含量在10%以下不含有毒物质的矿物性和植物性粉尘为10 mg/m3；

8. 隧道内气温不超过28℃；

9. 炮烟的抛掷长度L=30m；

根据上述的通风技术标准，在施工中所需风量为

Q=Qp+Qmax=q*n*k+Qmax

式中Qp一洞内同时工作人数最多时所需风量，Qp一q*n*k，m3/min；

q—供给洞内每人的新鲜空气量q=4.0m3/(人min)；

n—隧道内最多工作人数，取60人；

k—通风等级，特长隧道施工通风取1.15；

Qmax一下述各种情况的最大值：有缺氧空气时，挤压、冲淡爆破后有害气体，挤压、冲淡施工车辆排放的有害气体，处理有关作业产生的粉尘，降低作业环境的高温等，m3/min。

有缺氧空气时所需通风量

Ql=C*V/(Co一C)

式中:Ql一有缺氧空气时所需通风量；

V一缺氧空气涌出量，以2m3/min计；

C一隧道中空气氧气浓度，以17%计；

CO一新鲜空气中氧气浓度，以21%计。

爆破后所需风量

Q2=In[A*L/(R*T)]=0.386P/(R*T)

式中Q2一爆破后所需风量,m3/ min；

R—通风效率，以%计；

T一所需通风时间，以30min计；

P一爆破后CO的发生量，P=A*∆L*β*X；

P一CO的卫生标准值，30mg/m3；

A一隧道净断面面积，取85m2；∆L一次爆破进尺，以3m计；

β一爆破lm，岩石消耗炸药量，以1.4kg/m3计；

X一炸药所产生的有害物质即CO含量，mg/m3。

施工机械所需通风量

Q3=Hs*qs*αs

式中Q3一施工机械尾气排放所需通风量，m3/min；

Hs一施工机械总功率，kw；

qs一施工机械单位时间、单位功率所需通风量，以4.5m3/min •kw计；

αs一施工机械平均工作效率，以%计。

按允许最低风速计算所需通风量

Q4=A*V

式中V一允许最低风速，取0. 2m/s；

A一隧道净断面面积，m2。

求Qmax

Qmax=Max{Ql，Q2，Q3，Q4}

设计控制通风量计算

Qp=4.0*60*1.15=276m3/ min

Q1=2*17%/(21%一17%)=8.5m3/ min

Q2=0.386*85*3*1.4*500/(0.5*30*30)=In[85*30/(0.5*30)]=In170=153m3/ min

Q3=750*0.735*4.S*0.5=1240m3/ min(无轨运输情况)

Q3==450*0.735*4.5*0.5=745m3/ min(有轨运输情况)

Q4==60*0.2*55=1020m3/ min

所以无轨运输情况下

Qmax=1240m3/min

Q=272+2240=1510m3/min

有轨运输情况下

Qmax==1020m3/ min

Q=276+1020=1296m3/min

控制通风量的确定

通过以上计算，可以看出试验段的通风距离最长，从施工长远考虑，选取Q=1510m3/min作为设计控制通风量。试验段施工通风设备试验段施工通风设备如下表5—1所示：

4.3小结

施工通风效果的好坏，不仅影响到掘进速度，最主要的是它直接关系到工人身体健康。应用中，由于通风系统安排合理，加之对通风工作的严格管理，取得了良好的通风效果。也证实了这样的通风系统布置是切实可行的，既解决了风机安装地点的矛盾，又有效地防止了污风循环。

施工通风作为施工中重要一环必须予以高度重视。因此，选择合理的施工通风方式就显得尤为重要。

5．防灾救援及消防技术

5.1防灾报警系统

　　①手动报警按钮：50m一处，设于消防栓箱上。②自动报警装置：50m一处，设于消防栓箱上。③火灾检测器：贯穿全隧道的感温光纤电缆。④紧急电话：50m一处。⑤交通信号灯、情报板：按有关上述规定设置。

5.2消防系统

　　①灭火器：50m一处，2个一组，设于消防栓箱中。②消火栓箱：50m一处，既能喷水，也能喷泡沫。③洞内消防干管：D200mm的干管贯穿隧道，并与另一隧道通过横通道每2000m铺DD150mm钢管连接形成环网。④洞口消防水池：南洞口设500m3钢筋混凝土高山水池。

5.3救援系统

　　①两洞口均设隧道管理所消防队，消防车2辆（其中一辆为干粉消防车），救援车1辆。②地方专业消防队。

6．营运监控技术

6.1交通监视控制系统

　　系统由中控室的交通监控计算机、闭路电视系统、可变情报板、可变限速标志、视频车辆检测器、入口信号灯及车道表示器等组成。

　  闭路电视系统：洞内摄像机间距160m，洞口各设一台，以及与其相关的显示及传输、控制系统。视频车辆检测器摄像头与CCTV系统合用。交通信号灯或车 道表示器：洞内250m，洞口各一道。可变情报板：洞内3000m，洞口各一道。可变限速标志：洞内1000m，洞口各一道。洞口各设一道超高检测系统。

6.2 通信系统

　　系统由紧急电话、电视监控、广播和无线通信组成。紧急电话系统：洞内250m一处，设于前进方向右侧。有线广播系统：间距160m，设于前进方向左侧。无线通信：由四信道基站、光中继器、天线、光传输设备等组成。

6.3环境检测系统

　　CO检测仪：间距500m。VI检测仪：间距500m。风速风向测定仪：间距1500m。

6.4 供电系统

　 　供电电源：均由110kV变电站出线，用35kV架空线路分别供至两洞口，在两端洞口各设35/10kV变电所向隧道供电。在三个竖井中各设 35/6kV变电所一座。隧道两端洞口电源互为备用（单回路供电）。本隧道照明、通信、信号、监控、报警、监测、消防、通风等电力负荷均为一级负荷。洞口及洞内风机房变配电设施均设置防雷接地设施。

6.5 控制系统

　　本系统主要由综合控制台、模拟显示屏幕、监视器柜、中心计算机 网络构成。实施中心控制的项目有：通风控制、照明、交通流检测与控制、环境检测、光强检测、闭路电视、紧急电话、无线广播、无线通信、火灾报警、水池水位监测和水泵控制、横通道门开关控制等。各系统的启动、运行与停止的控制装置集中设置于管理所内。监控中心计算机网络由双中心计算通过以太网工作站、模拟显 示屏幕操作站、通信工作站组成。中心计算机系统是中心控制的中枢，软件是控制网络的灵魂。