公路隧道分类及公路隧道群概念的探讨.docx
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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
2007
83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
2006
49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
2005
43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
2004
33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
2003
27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
2002
21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
2001
18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
2000
15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
18020
2007
2×2
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
12900
2005
2×2
+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
7903
2008
2×2
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
7605
2007
2×2
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
7600
2008
2×2
左右洞各1座斜井送排式
纵向通风
雪峰山隧道
湖南
6950
2007
2×2
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
6144
2007
2×2
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
6125
2007
2×2
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
6025
2007
2×2
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
5580
2003
2×2
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
雁门关隧道
山西
5135
2003
2×2
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
5068
2007
2×2
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）
L>3000
3000≥L≥1000
1000>L>250
L≤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）
L>3000
3000≥L>1000
1000≥L>500
L≤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）
L>10000
10000≥L>3000
3000≥L>500
L≤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
L>1500
500L≤500
—
仅限通行费危险化学品等机动车
L>3000
1500500L≤500
仅限人行或通行非机动车
—
—
L>1500
L≤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）
L>10000
10000≥L>5000
5000≥L>3000
3000≥L>1000
1000≥L>500
L≤500
2.2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）
120
100
80
60
停车视距（m）
210
160
110
75
4.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，防止烟雾的反窜；另一方面还需及时对公路隧道进行控制，防止公路隧道车辆驶入下游隧道。
当上游隧道发生灾害时，一方面要保障上游隧道中人员的逃生，防止烟雾反窜；另一方面还需及时对下游隧道的通风系统进行控制，防止上游隧道的烟雾扩散至下游公隧道。
3.2公路隧道群划分的结果
根据上述分析，表9给出了不同计算速度、不同考虑因素下的连续隧道和毗邻隧道间距的最大值。
表9连续隧道或毗邻隧道的间距最大值
考虑因素
120
100
80
60
通风设计
200
照明设计
1000
833.3
666.7
500
停车视距
210
160
110
75
交通安全
140
120
防火安全
200
综上所述，本文建议当两隧道间距L≤250m时，定义为毗邻公路隧道；当两隧道间距L>250m且L≤1000m时，定义为连续公路隧道；毗邻公路隧道和连续公路隧道统称为公路隧道群。
对于连续公路隧道，仅考虑后续隧道的入口亮度折减率[13]即可，隧道机电系统可根据工程实际情况按各隧道独立进行设计或按隧道群联动控制进行设计。
对于毗邻公路隧道，除需要考虑后续隧道的入口亮度折减率外，在通风设计中还需要根据工程实际情况考虑污染物串流以及公路隧道机电系统的联动控制问题。
此外，毗邻隧道间的道路应连续设置电光照明（夜间）。
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