秦岭终南山隧道2014版.docx

2014/?/？秦岭终南山公路隧道调查报告西南交通大学高速公路隧道课指导教师：?？XXXXX 2011？ 土木？班目录基础情况介绍2隧道概况.2工程水文地质条件.3隧道整体设计构造.4洞门及洞身结构形式.5施工通风技术.6营运通风照明技术7防灾报警系统10营运监控技术11基础情况介绍秦岭终南山公路隧道是世界最长的双洞高速公路隧道。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陕西境内的重要路段，也是陕西省“三纵四横五辐射”公路骨架网中西安至安康高速公路沟通秦岭南北地区交通的控制性工程。 秦岭终南山公路隧道北起西安市长安区五台乡，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。007年1月20日，秦岭终南山公路隧道举行通车仪式，至此，制约陕南经济发展的秦岭天堑变为通途，西安至柞水的通行里程缩短约60公里，行车时间由原来的3小时缩短为40分钟。隧道概况秦岭是黄河与长江两大水系的分水岭，是西安至安康高速公路必须克 服的天然屏障。秦岭终南山特长隧道位于西康公路西安至柞水段，隧道全长18.020km，为东线、西线双洞四车道，中线间距30m。该隧道由石砭峪垭口翻越秦岭地区的终南山，在隧道东侧与西康铁路秦岭特长隧道相邻。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6080km/h，隧道内路面为水泥混凝土路面工程水文地质条件秦岭终南山隧道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、类，最大埋深1640m。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。隧道通过地段岩性主要为混合片麻岩夹斜长角片岩及片麻岩残留体，岩体强度为600-800Kpa。隧道通过12条秦岭小断层及1条秦岭隧道地区断层，围岩类别以、类围岩为主，共长2056米。在洞口段设计有56米的类围岩衬砌，断层通过地段大多为围岩，共长438米。隧道施工中的裂隙水分两种情况，一是位于节理裂隙贫水段，地下水呈网状分布，主要储存于构造裂隙残留体接触带裂隙及风化裂隙中，单位涌水量95.4m/dkm,水化学类型复杂，主要有HCO3SO4-Ca（Na+K）、HCO3SO4Ca、HCO3-（Na+K）.Mg等型水，无侵蚀性；其二是构造裂隙弱富水段，可能单位涌水量为580.52m/dkm，最大涌水量1088.14 m/dkm。地下水循环深度在150-300m左右，预测隧道施工时有水，但出水点不均匀，突然涌水的可能性不大。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/dkm，最大涌水量180m3/dkm。水化学类型为HCO3SO4-CaNa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。隧道整体设计构造隧道进口里程为K64+796，位于长安县石砭峪乡青岔村石砭峪河右岸，有一宽约2-3米的临时道路在其正下方通过。隧道进口段位于一岩堆体内，洞口段有约60米长的II类围岩堆积体，受地形限制，洞口施工场地狭窄，正面进洞施工难度较大。根据地形在K65+200位置设置有一角度为5的斜井，长约180m（见补遗书），断面设为双车道。该斜井主要为正洞施工开辟工作面而设，同时为后续西线施工创造条件。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67m/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。洞门及洞身结构形式洞门秦岭终南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秦岭地区的工程地质、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。施工通风技术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。秦岭终南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。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1.0%；6. 风管百米静压损失P70Pa；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；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。营运通风照明技术通风情况3个通风竖井来进行通风。对于竖井通风，目前国内、国外均无深埋大直径通风竖井技术研究成果。结合铁道、煤炭、矿山、冶金等行业的技术成果和国内外知名风机供应商的技术指标后，经对多种竖井方案的比选，最终，秦岭终南山公路隧道采用了世界口径最大、深度最高的竖井通风工程。这3个通风竖井最大井深661米，最大竖井直径达11.5米，竖井下方均设大型地下风机厂房，被形象地形容为地球上最大的“烟囱”。如果把隧道比作一支长笛，竖井就相当于笛子上的3个孔，通过这3个孔，按车行驶的方向送风和抽风，不仅可以根据车流量大小，随时控制风量，在遇到火灾等险情时，还可很快切断事故点送风，阻止火势蔓延。采用竖井通风，不仅工程规模和通风理论属国内首创，国外罕见，而且，工程造价也比国外低10左右，运营管理费用降低2030。照明系统终南山隧道根据不同情况，设置了三种照明系统一般照明一般照明包括保证隧道内正常行车所必需的基本照明和消除出入口“白洞”和“黑洞”效应的加强照明。设计中对基本照明光源的选择进行了荧光灯和高压钠灯的方案比选，最终确定采用光效更高、透雾性更好、寿命更长的高压钠灯作为终南山公路隧道的基本照明光源，出入口加强照明采用大功率高压钠灯。经计算，隧道基本照明布灯方案为：两侧交错布灯，间距为10m，灯具安装于距路面中心5.3m处的隧道侧壁上。为了美观，加强照明灯具的安装高度同基本照明保持一致，并均匀布设于基本照明灯具间。应急照明大部分驾驶者在进入隧道时一般会开启车灯，但是还有部分驾驶者在进入一般照明全开启的隧道后会关闭车灯，这样做存在着很大的危险。虽然我们前面所说的一般照明是按照一级负荷来供电的，但是也不排除两路电源同时故障的可能。如果一般照明断电的话，没有开启车灯的车辆在隧道这样一个狭小的空间高速行驶其危险性就不言而喻，会发生由于司机的恐慌而引起追尾、碰壁等一系列交通事故。而设置了应急照明的隧道就完全可以降低此类事故的发生，当一般照明断电时，还有一部分应急照明灯具继续工作，虽然亮度较一般照明低，但是足以使司机采取一系列的安全驾驶措施，如：开启车灯、减速等。特殊灯光照明按照正常车速行驶，穿越秦岭终南山公路隧道大约需15min。在此过程中，由于景观单调重复，容易造成视觉疲劳，增加驾驶人员的疲劳感。为了避免由此造成不必要的损失，在18km的隧道沿线，每间隔4.5km设置了特殊灯光带，每座隧道设有3处特殊灯光带，以提供不同的视觉场景，从感觉上将18km的长隧道分成了4个短隧道，从而调节驾驶人的视力，减少疲劳。防灾报警系统报警系统手动报警按钮：50m一处，设于消防栓箱上。自动报警装置：50m一处，设于消防栓箱上。火灾检测器：贯穿全隧道的感温光纤电缆。紧急电话：50m一处。交通信号灯、情报板：按有关上述规定设置。消防系统灭火器：50m一处，2个一组，设于消防栓箱中。消火栓箱：50m一处，既能喷水，也能喷泡沫。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。洞口消防水池：南洞口设500m3钢筋混凝土高山水池。救援系统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。地方专业消防队。营运监控技术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。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。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。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。中央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。结论与讨论 实践证明秦岭终南山公路隧道的运营管理技术是科学的、可行的，为特长公路隧道的运营管理提供了宝贵的经验。但特长公路隧道的运营管理是一个复杂的系统工程，其管理技术还需从以下几方面继续研究探索，不断完善和提高： （1）洞内车速过快。目前洞内限速70公里/小时，但超速现象很普遍，特别在夜间，个别车速可达140公里/小时以上。我们通过情报板提示、振荡标线强制减速等措施给予控制，但效果不令人满意。 （2）特长隧道在高温炎热夏季及雨后天晴往往出现路面返潮湿滑现象，直接危协到行车安全。此现象虽为技术问题，但给正常运营带来很大隐患。 （3）斜（竖）井作为通风走廊，能否利用“自然风”为正洞提供纵向通风值得探讨。 （4）机电工程设计完善及施工质量直接影响到后期正常运营，目前国内部分隧道由于压缩工期导致机电设备运营后事故频发的教训值得反思。