南京长江隧道疏散通道专题研究.doc

南京长江隧道咨询项目南京长江隧道疏散通道专题研究北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心2005年9月26日目 录第一章 概述1.1 南京过江隧道概况及背景.31.2 南京过江通道隧道段地质及水文特点.61.3 专题研究的目的意义.101.4 专题主要研究内容.11第二章 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式及主要案例2.1 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式.132.2 国内外江（海）底隧道疏散通道设置的主要案例 .132.3 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式的优缺点分析. 34第三章 横通道作为南京长江隧道疏散通道的分析3.1横通道主要施工方法及施工风险分析.363.2主隧道横通道应力变形分析.44第四章 东京湾海底公路隧道疏散通道（纵向）案例分析研究4.1 工程概况.534.2 日本公路隧道紧急系统标准.544.3 东京湾海底公路隧道通风系统.574.4 东京湾海底公路隧道安全设施.584.5 东京湾海底公路隧道的疏散设施.634.6 其它.65第五章 南京过江隧道疏散通道的设置5.1南京过江隧道疏散通道可能选用的设置方式.685.2南京过江隧道疏散通道设置的方案比选.695.3 结论与建议.69附件1 关于消防系统与工程技术问题与日本早稻田大学小泉 淳教授等专家的会谈纪要.71第一章 概述1.1 南京过江隧道概况及背景长江南京段上游过江通道是南京城市总体规划确定的一条重要的城市过江快速通道。江南接主城滨江大道和纬七路（即应天西路），通过纬七路再接城西干道和城东干道；江北接江北滨江大道和浦珠路，将江南江北的快速交通网络连为一体，形成横跨长江的一条东西向城市快速通道。该通道的建设可促进城市跨江快速交通网架的构建、实现南北交通的顺畅联系、加速江南江北的一体化发展，有利于改善南京市江北新市区与老城区及中心区、河西新城区的交通联系，促进实现一城三区的均衡发展；同时还有利于带动沿江地区的发展，促进江心州的开发利用，解决城市过江交通严重饱和，机动车发展迅猛，过江瓶颈制约江北发展等问题。过江通道总体规划见图1.1。长江南京段上游过江通道主要包括左汊隧道工程、右汊桥梁工程、接线道路、立交以及附属工程等。其中隧道工程有以下五种横断面形式：圆形隧道横断面、矩形隧道横断面、引道光过渡段横断面以及引道敞开段横断面。各段在左右线隧道的长度分布如表1.1及表1.2所示。南京长江隧道设计为双管盾构隧道，隧道江北起点为进口里程为K3+380m，梅子洲隧道出口里程为K6+854.053，隧道总长度3474.053m，其中盾构段自K3+600至K6+532.756，盾构长度为2932.756m，选用两台泥水加压盾构同向掘进。圆形隧道段基本位于隧道中部的水底，是主要的隧道断面形式。圆形隧道断面经过双管单层、双管双层和四管单层三种断面方案的比选，最终选定双管单层方案，其横断面见图1.2。盾构隧道内径13.30m，外径14.50m，衬砌厚度0.60m。隧道覆土厚度最大30m，最小5.5m（始发段）。江中段按最小覆土厚度不小于1倍盾构直径控制，局部不足1倍洞径，江中最小覆土厚度10.2m。为满足梅子洲接线道路290m的最小变坡长度要求，隧道内线路最大纵坡4.5%、最小坡度0.6，最大坡长1130m，最小坡长850m；隧道段共设3个竖曲线，最小竖曲线半径R=7500m。图1.1 南京过江通道总体规划图图1.2 双管单层隧道横断面图表1.1 左线隧道分段长度表名 称分 段 里 程长度（m）江北敞开段LK3+180LK3+320140江北光过渡段LK3+320LK3+38060江北明挖暗埋段LK3+380LK3+576196江北工作井LK3+576LK3+60024圆形隧道段LK3+600LK6+5352935江南工作井LK6+535LK6+55722江南明挖暗埋段LK6+557LK6+856299江南光过渡段LK6+856LK6+91660江南敞开段LK6+916LK7+00286隧道长度（洞口至洞口）3476隧道建筑长度（含引道段长度）3822表1.2 右线隧道分段长度表名 称分 段 里 程长度（m）江北敞开段RK3+180RK3+320140江北光过渡段RK3+320RK3+38060江北明挖暗埋段RK3+380RK3+575.2196江北工作井RK3+575.2RK3+599.2224.02圆形隧道段RK3+599.22RK6+526.642927.42江南工作井RK6+526.64RK6+548.6522.01江南明挖暗埋段RK6+548.65RK6+847.74299.09江南光过渡段RK6+847.74RK6+907.7460江南敞开段RK6+907.74RK6+994.5686.82隧道长度（洞口至洞口）3467.74隧道建筑长度（含引道段长度）3814.561.2 南京过江通道隧道段地质及水文特点隧道穿越场地为长江冲积平原区，主要为堤外滩地、堤内高漫滩、堤内低漫滩，长江水域及江心洲。拟建隧道除了横穿长江两侧大堤外，未见穿越主要道路，穿越区均为农田及堤防。隧道穿越重点水利设施为南京长江大堤，为高级别堤防，堤防近水侧采用干砌块石护坡和浆砌块石护脚，岸坡及堤防稳定。1.场地工程地质条件隧道主要穿越第四系和白垩系地层，隧道场地通过部位不存在断裂或破碎带。上部第四系地层主要有：长江段水下地层上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂组成。中部由第四系中密密实粉细砂组成，下部为上更新统密实状砾砂、圆砾等组成；第四系地层下伏基岩为白垩系钙质泥岩夹钙质细砂岩。拟建长江隧道的盾构段的主要岩土参数见下表1.3、1.4。表1.3 隧道岩土层承载力、侧壁摩阻力、垂直基床系数地质时代层号岩土名称状态地基容许承载力0（kPa）侧壁摩阻力i（kPa）垂直基床系数K(Mpa/m)Q4al1粉细砂松散507530356Q4me2-2填土松散-3Q4al2-3粘土软塑1001203040144-1粉土稍密10535144淤泥质粉质粘土流塑8090202585粉细砂稍密953066淤泥质粉质粘土夹粉土软塑8595202587-1粉细砂稍密中密901203035127-2粉土稍密中密1101503035148粉细砂中密1501954050208-1粉质粘土软塑11011530149粉细砂密实2602805055279-1粉质粘土夹粉土软塑85105253015Q3al10砾砂密实400550951353211粘土混卵石中密3201001712粉细砂密实23530050552713圆砾密实45060012015041K2P14全风化钙质泥岩软质岩3006015-1强风化钙质泥岩软质岩450500808515-2强风化钙质细砂岩软质岩60012513016-1中等风化钙质泥岩软质岩60070013014017-1微风化钙质泥岩软质岩90016017-2微风化钙质砂岩软质岩1200140表1.4 盾构段岩石参数统计表层号岩土名称吸水率抗压强度天然抗剪强度天然抗拉强度天然块体密度软化系数天然泊松比天然弹性模量自由膨胀率天然饱和干燥轴线径向%Mpag/cm3-Mpa%15-1强风化钙质泥岩12.951.120.9816.30.276223.42.350.120.282920.6480.43416-1中等风化钙质泥岩9.943.811.4112.90.431110.22.330.110.31425.80.6030.38917-1微风化钙质泥岩10.844.434.5619.80.610195.252.330.220.230.5040.3502.场地水文地质条件（1）拟建长江隧道范围内的地表水主要为长江水。（2）孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上部地层，含水介质为粘性土、淤泥质土及粉土，其渗透性差，含水量贫乏，渗透系数1.7519.510-7cm/s，场地地下水水位埋深0.401.40m，平均0.70m。（3）孔隙（微）承压水主要分布于基岩上部松散层中，在漫滩区上覆淤泥质土及粘性土，在长江河道区直接与江水相通。含水介质为粉细砂及卵砾石层。粉细砂层渗透系数1.2931.556104cm/s，卵砾石层渗透系数较大，（4）基岩裂隙水赋存在钙质泥岩、钙质砂岩中。白垩系泥岩裂隙不发育，岩性较软，塑性强，富水性差，可视为相对隔水层。3.施工环境和条件（1）气象南京属北温带区北亚热季风气候区，全年四季分明，春秋季较长，夏季炎热，冬季寒冷，风雾较多。历年最高气温43，最低气温-14，年平均气温15.3。多年年平均降雨量为1033mm，年最大降雨量为1825.8mm，年平均降雨日120天。年平均蒸发量为1121mm。年平均相对湿度为75%。季风气候显著，春夏季多东、东南风，秋冬季多北东北、东北风，常风向东北风，出现频率为10%。最大风力910级。（2）长江河道水文特征长江南京河段多年平均年径流量约为8940108m3，年内水量分配过程，1月份最小（枯），到4月份水量开始增长，45月增长率最大，7、8月份出现最大值，然后逐渐减小，10月份以后水量明显减小，至次年1月，水量又出现最枯。年内水量分配主要集中在汛期，汛期（510月）水量约6400108m3，占全年水量的71%。南京水位的涨落主要决定于长江径流的变化，也兼受潮汐、下游支流入汇和风力等影响。南京属感潮河段半日潮型，潮差枯季大，汛期小，随径流的增大而减小。实测历史最高潮（水）位：10.22m实测历史最低潮（水）位：1.54 m历年最高潮水位多年平均：8.37m历年最底潮水位多年平均值：2.20m历史最大潮水位变幅：7.70m最大潮差：1.73m最小潮差：0.01m4.场地地质与水文特点（1）地质条件恶劣、风险大 盾构隧道通过的地层以粉细砂为主，但江中地段数百米长度为粉细砂、砾砂和卵石混合地层，掌子面岩性明显差异、上下软硬不均，土质缺乏粘性，呈松散、流塑状态，稳定性很差，易坍方冒顶、造成严重后果；地层软硬不均，隧道易产生不均匀沉降，造成衬砌结构的局部附加应力和与应力集中。隧道场地20m以内的1层粉细砂、7-1层粉细砂具液化性，为可液化土层。液化指数0.214.9，液化等级轻微中等。（2）工作水压高目前，荷兰格林哈特隧道最大水压为5.5bar；长江上的另外两条盾构隧道，上海沪崇苏和武汉过江隧道，水压为55.5bar。而南京长江隧道盾构机工作压力约6.5bar，在同等直径及更大直径泥水盾构项目中是世界最大的。（3）地层透水性强长江南京河段的江中地层主要为松散、稍密中密的粉细砂地层，以及部分砾砂、卵石层，透水系数是粘土土质的千倍以上，地层渗透系数与武汉比较接近，但是水压比武汉过江隧道高0.1MPa以上；与上海沪崇苏相比，上海地层渗透系数一般为10-7cm/s，而南京长江隧道高的多，达到10-310-4cm/s。在如此高透水性地层条件下，而最大水压力达0.65MPa。由上述地质及水文条件可以看出，南京长江隧道地层具有强度低、含水量大、透水性强、水压高等不利条件，在此条件下修建横向通道，地层冻结效果差，降水困难，对施工措施的选择、施工经验、施工造价及施工安全，都是一个严峻的考验，具有较高风险。1.3 专题研究的目的及意义1.目的及意义为防灾、救援及通风需要，双线隧道一般按规范要求应设置安全联络通道。长江南京段上游过江隧道功能定位为城市主干道，属市政工程。为解决隧道在发生火灾时洞内人员的避难逃生问题，防灾救援系统非常重要，而城市道路设计规范（CJJ37-90）对于水底隧道的避难疏散设施的设置尚无确切的规范，隧道疏散通道的设置没有设计依据。一般，联络通道间距设计应从隧道使用者的逃生速度和救援人员的活动范围进行考虑。国内外关于双线隧道的联络通道规定为：（1）国外公路隧道的联络通道间距设计在300m350m；瑞士的公路隧道设计规程规定为300m左右，日本设定为800m。（2）我国公路隧道交通工程设计规范（GTGT D712004）要求“双洞上下分离的公路隧道之间应设置避难设施”，避难设施包括行人横洞和行车横洞，行人横洞间距最大不超过400 m，行车横洞间距最大不超过1000 m；（3）我国地铁设计规范（GB501572003）要求“两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600 m时，应设联络通道”。如参照国内外双线隧道规范，南京长江隧道宜设置横向联络通道，作为防灾、救援疏散之用。但由于南京长江隧道位于水下60 m深处，水压很高，最大水压达0.65MPa；工程地质条件恶劣，地层渗透性很强，隧道通过的地层以粉细砂为主，还有砾砂和卵石等，洞顶的覆土层几乎全都是松散、稍密的粉细砂，从施工角度分析，联络通道施工条件非常不利，稍有不慎就会造成严重后果，施工风险很大。根据国内外调研，横向联络通道是隧道防灾救援的一种常见的疏散型式，但并不是唯一的方式。在南京长江隧道这种复杂的条件下安全疏散通道，以怎样的形式设置，不但关系到工程施工的安全及经济性，也关系到隧道运营期的防灾与安全。因此，本课题研究拟通过调查分析与定量研究，在保证达到防灾救援目的的前提下，探讨疏散通道的设置方案及逃生救援对策。2.研究目标本课题将通过对设置横向通道的施工风险和设置下通道作为疏散通道的可行性进行综合论证，通过对南京过江隧道包括火灾后隧道内的火灾蔓延、烟气扩散、人员疏散及结构安全等多参数复合分析和研究，对隧道疏散通道的设置方案进行分析与论证，从而为隧道安全疏散通道设计方案的审批及逃生救援对策提供科学依据。1.4 专题研究内容（1）南京过江隧道的特点南京长江段地质水文特点（2）国内外疏散通道设置方式及主要案例（3）国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式的优缺点分析（4）联络通道主要施工方法及施工风险分析（5）东京湾海底公路隧道疏散通道案例分析研究（6）南京过江隧道疏散通道可能选用的设置方式及方案比选（7）下通道作为疏散通道火灾情况下疏散救援风险分析（8）火灾作用下衬砌结构安全性验算第二章 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式及主要案例2.1 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式对国内外江（海）底隧道疏散通道设置情况的调研表明，隧道防灾疏散可以通过以下几种方式来实现：（1）横向联络通道逃生沿主隧道纵向，每隔一定间距设置横向联络通道将主隧道联通，实现火灾逃生及救援。（2）纵向通道逃生利用隧道内行车路面以下的空间建成纵向逃生通道，每隔一定间距设置紧急出口及滑行坡道与路面之下的逃生通道联通，以逃离火灾危险。（3）隧道内上下层互通逃生（纵向）当隧道内部空间较大时，可在隧道内设置上下双层车道，隧道内每隔一定间距设置联通口及通行梯，实现上下层之间的互联。2.2 国内外江（海）底隧道疏散通道设置的主要案例1.英法海峡隧道英法海峡，英国称为多佛海峡，法国称为加莱海峡。海峡隧道是由英国的福克斯通(切尔顿)至法国的加莱(科凯勒)，全长约50公里。其中海底隧道部分由英国的莎士比亚克利夫至法国桑加持，长度近38公里。（1）隧道地质条件隧道沿线有三个主要岩层，从上到下以次为中白垩、晚白垩及泥灰质黏土。中白垩和晚白垩的上面部分是脆弱的破碎白垩。晚白垩的下面部分是粘土与白垩混杂在一起，表现为白垩质泥灰岩。白垩质泥灰岩为中等强度、均质和稍具塑性，并且一般没有张开断裂，具有较好的不透水性。海峡隧道岩层分布见图2.1。（2）英法海峡隧道设置英国和法国之间，海峡隧道经过的地质地形情况，存在极大的差异。英国一侧的隧道是在包含粘土质碳酸盐泥岩的泥灰岩地层中施工，法国一侧的隧道要穿越多处断层的泥灰岩地层，故两侧分别采用了不同类型的土压平衡盾构进行施工。海峡隧道全长英国一侧的隧道埋深在2170m之间，平均40m。整个隧道系统组成为：（a）两条直径7.6m的铁路区间隧道，相距30m；（b）一条直径4.8m的服务隧道，供管理、维护及防灾救援之用；（c）横向通道：每隔375m设置一条与服务隧道相连接的横向通道，每隔250m设置连接两条铁路隧道的横向活塞式泄压风道。每第二条横向通道为双通道，以便每隔375m设置一个人行通道，每隔750m设置一个电力控制室或变电站。整个隧道系统组成如图2.2所示，隧道通风系统如图5所示。为了在修补时能保证列车顺利运行，在海底隧道中设置了两处交叉渡线，其垃置约在全长50公里中的两个三等分点上。正常状态下，一条隧道内列车从法国驶向英国，另一条则相反。三处进行日常维护的交叉区在紧急状态下可以用做安全区域。每条横向通道，从中心服务隧道经防火门通向行车隧道。这使得乘客用正常的方式不能离开行车隧道时，可以疏散到中心服务隧道中去，将中心服务隧道作为一个安全等待区，直至搭乘从另一条行车隧道驶来的救援车离开。中心服务隧道也被用作隧道系统的通风道，它内部的空气压力要比行车隧道的压力高这样即使横向通道上的门打开，烟气也不会侵入服务隧道。横向联络通道内径一般为3.3m，少数为4.0m，内径尺寸与服务隧道相近。由于通道内尺寸较小，机械化作业受到限制，因此采用易于安装的轻型铸铁管片衬砌，并以螺栓相连。主隧道与横向通道的接合口部位，最初采用先拆除主隧道中的衬砌管片，再安装钢框架的施工方法。这种方法太费时间，随后研制了一种钢与混凝土的复合衬砌结构，围绕连接口的衬砌结构是建造在铸铁管片衬砌之内，而这些铸铁管片衬砌是装设在主隧道标准混凝土管片衬砌之内。因此，这种复合衬砌结构的每一环都是铸铁管片与预制混凝土管片的结合物。泄压风道设计内径为2.0m，由于列车活塞压力作用，要求内壁光滑。因此在铸铁管片衬砌拱弧内侧，又设计了现浇混凝土内衬。英国一侧的泄压风道的管片之间以及环间无连接螺栓，靠垫片防水。图2.1 英法海峡隧道地质纵断面图图2.2 英法海峡隧道组成图2.3 英法海峡隧道通风系统（3）英法海峡隧道的防灾救援安全设计据当时预测，对于英法海峡隧道，两条隧道的任何一条的乘客和服务人员随时都可能达到1000人以上，现在这一数字已经成倍增加，因此进行了谨慎的火灾模拟试验及联络分析，取得了以下几点经验。英法海峡隧道有关隧道火灾的几点经验：（a）在隧道内任何地方发生火灾时，由燃烧产生的包含高毒性一氧化碳的气体，都要由风气流传播到其余的整个风道。这就意味着靠近通风网路入口处发生火灾必然会杀死在入口网路出口间的每个人，有时可能杀死离火源几英里以外的人。很少有人能从这有毒烟雾中幸免，因为通常烟雾的传播速度比大多数人奔跑的速度快。 （b）隧道内一旦起火会非常迅速传播，它的大部分能量去加热通风的空气。顺风下空气温度可到达1000，炽热的空气在它的经过途中可把它的热传递到任何易燃或可分解的材料。这样火就能从一个燃料的火源“跳越”相当的隧道长度，传到下一个燃料点，实验表明，这距离超过50倍隧道直径。 （c）隧道内的空气压力分布明显地受大火及烟雾的影响，这取决于如坡度、低于隧道出口的深度和断面等特征，这些特征可能导致通风气流流动的加速、减速或者完全逆向流动。由于浮力，烟雾燃烧的热生成物趋向于顺通风方向传播，同时也可上升到隧道顶棚处（此处空气流动速度比断面上任何地方都低）而与通风方向逆向传播。在强烈的火灾中，浮力将大于空气流动度，絮状的热生成物在水平隧道内可以逆向流动相当大的距离，如在一个顺通风方向的下倾隧道内，这种逆向流动可向无限远处进行，一直到达逆风端的隧道洞口。因此，由于火灾产生大量的热，只能从逆风端去救火，但是烟的这种逆向流动甚至可能阻止去救火。（d）逃生和救援：对在火灾逆风方向上的已组织离开列车的旅客，要引导他们进到新鲜空气的服务隧道内他们将要通过在逆风方向最近的安全门，这就是说要在非常困难的条件下行走达375m的行程，对老年或体弱者这可能要花费15分钟之多。而在火灾顺风方向的旅客逃离的机会更要小得多除非在穿梭列车运行区所有通风实际上已停止，前面列车的活塞效应几乎全部被抵消，否则他们很可能在到达避难处之前就被烟雾所压倒。这一效应在穿梭列车附近区得到增强，这是由于隧道断面被列车的货车厢部分堵塞，因而使隧道周边的通风速度几乎加倍。因此，旅客的逃生和救援很大程度上取决于海峡隧道正常条件下的通风方法。 为使避难人容易通过，安全门应做成双门以便形成一气闸安全门应在事故期间能人工操纵以便防止安全门被行李或身体阻塞不能打开。2.日本东京湾海底公路隧道（1）概况东京湾公路连接川崎和木更津，全长15.1km，海中设川崎人工岛（作为盾构始发基地和通风之用）和木更津人工岛（桥隧连接处），如图2.4所示。隧道段位于川崎侧与木更津人工岛之间，长9.5km，采用泥水盾构掘进施工，盾构直径14.14m，设计断面为单层双管，双向4车道，如图2.5所示。图2.4 东京湾公路平面图电子集尘机风扇摄像机电缆自动火灾检测器诱导指示灯消火拴隧道内供水阀灭火拴灭火器检查清扫车配水管送泡沫管电缆移动无线用同轴电缆墙壁清扫车图2.5 东京湾海底公路隧道断面图（2）地质及施工条件东京湾公路隧道所处位置的海底，整体呈船底地形，最大水深在海湾中央约28m深。隧道区段地层属于极软弱的冲积粘土层（有乐町层），其厚度按海底面算起为2030m；其下为洪积黏性土层（称之为7号地层），N值仅为012。木更津人工岛一端，是在此基础上夹有洪积砂土层（N值为2070）的地层。隧道平均覆盖层厚度为15m左右，在海底部分为1.0D，斜坡段的覆盖层厚度仅为0.7D。东京湾地区地震活动频繁，历史上发生过多次大地震，隧道设计必须考虑结构的抗震和防震。筑造的川崎人工岛在施工时作为4台盾构的始发基地，在隧道建成后作为隧道通风塔的立足之地。（3）疏散通道设置东京湾海底公路隧道地质条件恶劣，为减少施工时的风险，并避免地震时由于相邻隧道的相位不一致引起横通道连接部位隧道主体结构的损害，在长度超过9km的两条隧道之间未设横通道。隧道利用车道板下的空间作为安全通道，每隔300m设置一处逃生滑梯和消防人员出入口，两出入口间距约30m，并在车行道一侧以明显的标志标明紧急出口。逃生滑梯设置如图2.6所示。图2.6 东京湾公路隧道逃生滑梯设计3. 丹麦斯多贝尔特大海峡隧道丹麦斯多贝尔特大海峡通道工程连接菲英岛与西兰岛及哥本哈根，全长18km，为桥隧相接方式，其中隧道长7.9km，为铁路和公路两用。（1）地质条件 为查明地层情况，自60年代中期以来，为大海峡隧道施工方案进行了多次的现场勘测，如深层钻孔、振动岩心和地震探测等。据综合调查结果，隧道位于3D地质模式区段，地质形成是由于经过冰渍和泥灰岩层状地层冰川侵蚀和冰渍、泥灰岩覆盖在石灰层所致，见图2.7。大海峡隧道埋深在冰渍和泥灰岩之间，隧道中心底部至下面石灰岩地层的间距不超过10m。冰渍层与砂质冰渍处于互层状态（主要夹有粉砂层或砂质粘土层），包括有粒状融水土囊，加上大到2m的花岗岩和片麻岩漂砾。泥灰岩地层呈开裂状态，伴随出现有软弱夹层的断裂破碎地带。大部分冰渍层渗透性很低，但融水土囊的渗透性能高达10-4m/s。另外，海底地下水的氯化程度为1900mg/L，几乎与海水相差无几。大海峡中央1.6km处，隧道在海平面75m下通过，该处海水深度达55m，在这个最低点，静水压力最大，而隧道覆盖层要求最小。冰渍层组成的的融化冰积土含水压力达到0.4MPa；冰渍和泥灰岩地层分界面充满砾石和含水粒状土囊，有的泥灰岩地层断裂很深，伴随的静水压力高达0.8MPa，这对盾构和横通道施工都是非常恶劣的地层。图2.7 大海峡隧道地质纵断面图（2）隧道设置两条主隧道内径7.7m，间距25m，采用土压平衡盾构掘进，每间隔250m设置一条直径4.5m的横向通道。主隧道断面及横通道设置见图2.8。主隧道采用预制混凝土管片拼装而成，横通道位置采用球墨铸铁管片，横通道采用厚135m的球墨铸铁管片作衬砌。在主隧道与横通道接合口部，主隧道的衬砌断面要有变化，使直径4.5m的横通道施工简单化，把对盾构推进时间的延误减少倒最低程度。接合口部的横通道采用复合管片，厚355mm，采用球墨铸铁管片，并填充纤维补强混凝土，使之能承受较大的顶力，以取代预制混凝土管片。这种管片的设计与主隧道衬砌管片比较相适应。图2.8 丹麦斯多贝尔特大海峡隧道横通道设置图（3）横通道施工措施横通道采用暗挖法施工，先用内径1.8m的铸铁管片铸成一个导洞，然后以5m为最小长度单位从径向扩大导洞，使之成为内径为4.5m的横通道。横通道开挖步序如图2.9所示。横通道施工前，周围的地层采用了三种加固处理方法：降水、注浆及冻结。在特别困难的地层条件下，需要三管齐下，如横通道上方和上半部用冻结法，中部（主要是两侧）用旋喷注浆法，底部用降水法。三种加固处理方法如图2.10所示。为防止海水从横通道进入主隧道，在横通道的两端设置了紧急门。图2.9 大海峡隧道横通道开挖步序 （a）井点降水图 （b）横通道注浆加固处理（c）横通道冻结法加固处理图2.10 大海峡隧道横通道施工地层加固处理方法4.上海崇明越江隧道基于前述分析，崇明越江隧道初步设计也取消了联络通道，采用了逃生滑梯，纵向疏散的方式。图2.11为其疏散示意情况。图2.11 上海崇明越江隧道疏散示意图5.荷兰西斯凯尔特隧道荷兰西斯凯尔特隧道为每条长6.6km的双管公路隧道，采用2台直径11.33m的泥水加压盾构在水压达0.65MPa的透水软土中掘进而成。为了防灾救援的需要，两条隧管间每间隔250m设置一处横向通道，共有26处。通道净尺寸为2.50m2.70m，平均长12m。所有横向通道采用地层冻结法建成，如图2.12所示。图2.12 西斯凯尔特隧道联络通道设计6. 上海上中路越江隧道工程上中路越江隧道全长2.8km，外径14.5m，内径13.2m。江底最浅覆土10m（约为0.65D），隧道横断面采用双管双层8车道型式。隧道沿线地层主要为灰色淤泥质土、灰色砂质粉土、灰（绿）色粉质黏土及草黄色粉细砂。隧道地质纵断面如图2.13所示。上中路隧道由于内部空间大，隧道内的联络通道将在上下层之间连接，两条隧道之间将不再需要通过冻结法打通联络通道，以降低施工的风险。隧道横断面见图2.14。图2.13 上中路隧道地质纵断面图图2.14 上海上中路越江隧道7. 武汉长江隧道武汉长江隧道工程盾构段长度2550m，历史最高洪水位29.76m，隧道主要穿越粘质粉土、粉细砂、中粗砂及泥质粉砂岩夹砂页岩等地层。隧道内径10m，单层双向四车道。考虑到横通道施工难度大，与主隧道接头部位应力集中，隧道不均匀沉降产生附加应力，仅在两岸竖井处设置横通道。隧道防灾救援采用滑行通道底部逃生方式。非火灾情况下，隧道通风采用竖井吸出式纵向通风方式；火灾情况下，考虑在盾构段隧道顶部设置专门的火灾排烟风道，当火灾发生时采用半横向排烟通风方式。武汉长江隧道的横通道及逃生、通风方式见图2.15。（a）隧道横断面及逃生方式（b）主隧道两端联络通道（c）隧道通风方式图2.15 武汉长江隧道联络通道及逃生、通风方式8. 上海大连路隧道上海大连路隧道设计为双向四车道，由东、西线两条盾构隧道组成，线路总长2528m，其中东线为1275m，西线为1253m。隧道外径11m，内径10.04m，采用11.22m泥水平衡盾构掘进。大连路公路隧道主要穿过地层为灰色淤泥质粉质粘土、灰色粉质粘土、灰色淤泥质粘土、灰色粘土和草黄色砂质粉土、草黄色粉细砂土等。隧道最大埋深35m，江底最小覆土厚度为7m。大连路隧道地层剖面见图2.16。图2.16 上海大连路隧道穿过的地层剖面为满足防灾救援的功能需要，在距两隧道端部各1/3处设立两个联络通道，两联络通道相距约400m，如图2.17所示。每30m设置窨井（用于底部逃生）。联络通道断面为圆拱形，净高2.7m，净宽1.4m，净面积3.67m2，结构为单层钢筋混凝土，厚度为400mm。浦西、浦东各设l座风塔。全线共设2座降压变电所、2座雨水泵房、2座消防泵房和2座江中泵房。两连接通道为首次在黄浦江底相邻公路隧道间实施的连接通道，通道地处黄浦江底饱和含承压水粉砂地层，开挖距离长，施工风险和难度极大。其中：位于浦西侧的连接通道，东西线隧道间高差3.11m，净距22.87m；位于浦东侧的连接通道，东西线隧道间高差1.02m，净距17.17m。采用在黄浦江底“水平孔冻结加固土体，隧道内开挖构筑”的施工方案见图2.18。图2.17 上海大连路隧道联络通道设计图2.18 上海大连路隧道联络通道冻结示意图9. 上海翔殷路隧道（1）隧道概况翔殷路隧道位于上海市区北部，内环线与外环线之间，东连规划中的五洲大道，西接翔殷路、中环线。南线2606.32米，北线2597米，其中盾构推进段南线为1242.09米，北线为1231米，盾构直径11.9米，隧道外径11.56米，内径10.6米。翔殷路隧道为近期工程建设与远期预留建设方案综合考虑，规划道路等级为城市快速路；设计行车速度为80kmh；隧道横断面近期设双向4车道、车道宽度为3.75m和3.5m，远期增设双向2车道、车道宽度3.5m；净空高度为4.5m； （2）地质条件工程全线场地属滨海平原地貌单元，沿线60m深度范围内均为第四纪上更新世以来的松散沉积物。根据其成因、年代、土性可分为7大层11个亚层。根据工程地质勘察资料，本工程圆隧道主要穿越灰色粘质粉土层、灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层、暗绿色草黄色粘土层、草黄灰色粘质粉土层及灰色砂质粉土层等。场区为多层孔隙含水层结构。场地浅部地下水位受黄浦江水位变化控制，砂质粉土层为区域第一承压含水层，承压水头大约为0.180.23MPa。（3）隧道防灾、通风设计从“以人为本”的设计理念出发，江中两条隧道间设横向联络通道2处（隧道主洞及联络通道已经施工完毕），隧道内车道板下设紧急疏散安全通道，见图2.19。隧道内采用纵向通风方式，浦东、浦西分设风塔集中排风。经对洞口CO和NO2排放量、风塔设计参数、风塔设置条件等进行综合分析后，在浦西、浦东工作井上分别设置高20m的排风塔。这样，在E类稳定允许条件下，洞口周围环境敏感目标均能满足国家环境空气质量二级标准要求。利用圆形隧道顶部的拱形空间，设独立排烟风道（见图2.20），每隔50m设排烟阀门，由控制中心统一控制，火灾工况时，至少开启离火灾点最近的和顺车行方向的下一扇阀门，由风井内风机抽烟并高空排除之。这样，火灾时的浓烟不再在隧道内弥漫流窜，为乘行人员的撤离、救援人员的进人创造了较好的条件，提高了救灾的可靠性，有助于减少灾害情况下的生命财产损失。（4）联络通道施工翔殷路隧道江底横向逃生通道采用冻结法加固地层，然后进行暗挖施工。通道长宽高各为15m、1.5m和2.4m，由于是在江底已建成的隧道间横向挖掘，施工难度极大。图2.21为在主隧道开口工况。因此，上海翔殷路隧道的防止救援及疏散采用了下滑通道纵向和横通道横向逃生相结合的方式。图2.19 上海翔殷路隧道疏散通道图2.20 翔殷路隧道横断面图2.21 横向联络通道主隧道开口10. 上海复兴东路隧道（1）隧道概况上海复兴东路越江隧道工程设计为双管双层6车道，自浦西光启路沿复兴东路至浦东张杨路崂山东路，总长2780m。其中江中段圆隧道段浦东张杨路复康路口至浦西复兴东路外咸瓜街路口，长约1215m。圆隧道衬砌由钢筋混凝土管片拼装而成管片外径为1100m、内径1004m、宽15m。复兴东路隧道是国内第一条双层式隧道，在世界上也是继法国A86公路隧道后的第二条双层式隧道。2条隧道之间有4条联络通道和2座江中泵房。每条隧道设计为2层3车道，其中上层为2车道，每条车道宽3.0m，设计净高2.6m，通行小轿车；下层设置双向双车道，大小车混合行驶，车道宽度3.5m，并设2.5m的紧急停车带，下层车道净高4.0m。隧道的横断面及联络通道见图2.22。图2.22 上海复兴东路隧道横断面及联络通道（2）横通道与江中泵房施工措施本工程上下层道路各设2条联络通道，采用水平孔与部分倾斜孔相结合、冻结加固土体后在隧道内开挖构筑的施工方法。根据联络通道平面尺寸、受力特征和尽量避开管片主筋的原则，其内排主孔间距不应大于0.9m（取0.50.9m），冻结终孔间距控制在1.2m内，冻结孔实际钻进深度以碰到对面隧道管片为准。外排冻结孔间距不大于1.0m（取0.81.0m），冻结孔终孔间距控制在1.4m内，冻结孔钻进深度不超过设计深度0.3m。泵房拟采用垂直孔加倾斜孔冻结加固。开挖采用分层进行，采取2次支护处理，支护结构采用矩形铜支架，支护间距0.5m，内部结构采用一次性混凝土浇筑。冻土层设计厚度为18m，冻土抗压强度取45MPa，冻结孔间距0.80838m，终孔最大间距1.4m，测温孔4个，平均冻结孔长度为9.45m。横通道及泵房施工措施如图所示2.23。图2.23 复兴东路隧道横通道及泵房施工断面图2.3 国内外江（海）底隧道疏散通道设置方式的优缺点分析隧道是狭长的交通设施，其内空间有限，封闭性较强。隧道内纵深较长，一旦发生火灾，必须及时地救援和疏散。因此，设置有效的安全疏散通道，对于防灾救援及逃生是十分必要的。然而，对于江（海）底隧道，地质及水文条件一般都比较恶劣，将给隧道疏散通道带来非常高的施工风险及潜在的运营期风险。而且，从国外由于情况来看，其疏散通道的设置是比较灵活的，横通道设与不设、横通道间距都是根据工程的实际情况来定的。因此，确定疏散通道的设置方案，必须从防灾救援、施工风险、工程经济及运营风险进行综合考虑。经过对国内外江（海）底隧道安全疏散通道案例分析，对疏散通道设置方式进行了以下比较，结果见表2.1。表2.1 江（海）底隧道安全疏散通道设置比较设置方式比较项目横向联络通道疏散紧急出口、滑行坡道纵向疏散隧道内上下层互通疏散工程应用情况应用广泛，英法横向隧道、丹麦大海峡隧道及大部分山岭隧道、地铁隧道有少量应用，东京湾海底隧道、翔殷路隧道、武汉长江隧道、崇明越江隧道应用较少，法国A86公路隧道、上海复兴东路隧道、上中路隧道疏散效果良好良好待检验施工风险横通道开挖存在一定风险，地层条件恶劣时开挖风险很高。两条隧道之间不打通，同一条隧道内，不存在开挖风险。两条隧道之间不打通，同一条隧道内，不存在开挖风险。结构受力影响易使接口部位产生局部附加应力和变形，开裂漏水，地层软弱、不均时尤为明显。主隧道不开口，不产生附加应力和变形。主隧道不开口，不产生附加应力和变形。施工经济性比较横通道施工，地层加固、土体开挖，引起工期延长，增加了工期风险；增加了材料费、人工费及管理费，经济性不好。在一条隧道内施作紧急出口及滑行道，大大降低了工程造价，经济性较好。在一条隧道内施作上下通道，大大降低了工程造价，经济性较好。注：1. 上海翔殷路隧道采用了下滑通道纵向逃生与横通道逃生相结合的疏散方式； 2. 隧道内上下层互通疏散也属于纵向逃生方式。第三章 横通道作为南京长江隧道疏散通道的分析3.1横通道主要施工方法及施工风险分析3.1.1 横通道的主要施工方法及措施1. 横通道周围地层加固处理为保证横通道开挖时地层的稳定性，开挖之前一般需对地层进行加固处理。常用的围岩加固处理方法有：（1）降低地下水位法；（2）注浆工法；（3）冻结工法。（1）降低地下水位法降低地下水位法是为了防止滞水地层涌水，而把地层中的地下水排除使地下水位降低的工法。该工法是确保围岩稳定的较好的方法，但在城市采用时，因排水量大，存在无法隔离处理、易发生土质脱水而压密沉降和地下水枯竭等问题。降低地下水位法的适用范围从粉砂到砂砾层，即渗透系数在10010-4cm/s范围内的地层均可使用。降水法按机理的分类及其与地层粒径的关系见表3.1 和图3.1。表3.1 降水法分类重力排水法深井法先期隧洞法真