马头山隧道设计方案分析与比选

孙 鹏

(山西省交通规划勘察设计有限公司，山西 太原 030032)

1 概 述

国道108下北泉至神堂堡改扩建工程设计速度采用60 km/h，全线桥涵设计荷载采用公路-Ⅰ级。马头山隧道位于山西省忻州市繁峙县神堂堡乡，属长隧道，为本项目主要控制点。由于隧道进出口段均为村庄，运营期间来往人员、车辆、牲畜较多，交通组成复杂，一旦隧道内发生交通安全事故，防灾救援将成为本隧道的焦点问题。针对以上可能存在的安全问题，设计上进行了单洞对向双车道、分离式双洞双向四车道两个方案的论证，并进行了比选。

方案一：公路等级：二级，设计速度采用60 km/h，路基宽度采用10 m；全线桥涵设计荷载采用公路-Ⅰ级；隧道净宽×净高采用11.00×5.00 m，为单洞对向双车道行驶。

方案二：公路等级：一级，设计速度采用60 km/h，与一标段衔接处路基宽度采用10 m渐变至23 m(整体式)，分离式路基宽度采用11.25 m，全线桥涵设计荷载采用公路-Ⅰ级；隧道净宽×净高采用9.75×5.00 m，为分离式双洞双向四车道行驶。

2 方案论述

2.1 方案一

公路等级：二级，设计速度采用60 km/h，路基宽度采用10 m；全线桥涵设计荷载采用公路-Ⅰ级；隧道建筑限界净宽10.75 m(1.00 m检修道+0.75 m左侧侧向宽度+2×3.75 m行车道+0.75 m右侧侧向宽度+1.00 m检修道)，净空限界高度5.00 m，为单洞对向双车道行驶。全线设桥梁307.5 m/2座，隧道1 676 m/1座，涵洞4道。

此方案马头山隧道洞体全长1 676 m，属长隧道，进口段里程桩号为AK344+086，出口段里程桩号为AK345+762，洞体最大埋深约231 m，位于AK344+980。隧道总体走向呈245°隧址区范围内出露地层由新到老为第四系全新统(Q4el+dl)坡积物、上太古界五台超群石嘴群文溪组(Ar31w)变质岩组成。

针对马头山隧道单洞对向双车道行驶防灾救援问题，设计上提出两种防灾救援方案进行比较。

(1)救援方案一、在进出口段500 m范围，分别设置两段逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞。紧急状况出现时，可以通过逃生救援通道进行人员疏散。救援通道净宽4.0 m，净高5.0 m。逃生救援通道主体工程造价RMB2 112.2万元。

(2)救援方案二、在隧道全线范围内，设置逃生救援通道，逃生救援通道平行于主洞，隧道与逃生救援通道之间设置连接横通道，横通道间距取250 m。紧急状况出现时，可以通过避险通道进行人员疏散。救援通道净宽4.0 m，净高5.0 m。逃生救援通道主体工程造价RMB3 461.2万元。

本方案在进口AK344+000处设隧道管理站，房建总建筑面积482.51 m2，总用地面积约5亩(净占地)。

交通工程隧道机电系统包括：隧道供配电、照明、通风、消防等。供配电设计采用传统供电方式，在隧道入口及出口各设置一处箱式变电站，外电引自牛帮口10 KV支线。照明系统采用LED分级调光系统。通风设计近期2020年不需要设置机械通风，远期2033年可增加四台射流风机进行机械通风；在隧道土建施工时，同时安装射流风机预埋件。消防设计近期全部采用干粉灭火器消防，远期考虑设置水成膜泡沫灭火装置和水消防系统，在做隧道预留预埋时，考虑了消火栓箱、检修阀门及电伴热配电箱的预留洞室及预埋件，以便日后增加此部分设备。

2.2 方案二

公路等级：一级，设计速度采用60 km/h，与一标段衔接处路基宽度采用10 m渐变至23 m(整体式)，分离式路基宽度采用11.25 m，全线桥涵设计荷载采用公路-Ⅰ级；隧道建筑限界净宽9.75 m(0.75 m检修道+0.50 m左侧侧向宽度+2×3.50 m行车道+0.75 m右侧侧向宽度+0.75 m检修道)，净空限界高度5.0 m，为分离式双洞双向四车道行驶。全线设桥梁322.5 m/2座，隧道1 729.5 m/1座，涵洞7道。

此方案马头山隧道右线洞体全长1 773 m，进口段里程桩号为AYK344+029，出口段里程桩号为AYK345+802，洞体最大埋深约232 m，位于AYK344+969。左线洞体全长1 686 m，进口段里程桩号为AZK344+079，出口段里程桩号为AZK346+765，洞体最大埋深约236 m，位于AZK345+061。左右线均属长隧道。隧道总体走向呈244°。隧址区范围内出露地层由新到老为第四系全新统(Q4el+dl)坡积物、上太古界五台超群石嘴群文溪组(Ar31w)变质岩组成。

本方案在进口AK344+000处设隧道管理站，617.50 m2，总用地面积约6.7亩(净占地)。

本方案隧道机电设施包括隧道监控、供配电、照明、通风、消防、隧道救援。供配电设计采用传统供电方式，在隧道入口及出口各设置一处箱式变电站，外电引自牛帮口10 KV支线。照明系统采用LED分级调光系统。通风设计近期、远期均不需要考虑设置机械通风，但由于隧道长度均大于1 500 m，通风设计时需要考虑火灾对策，近期设置12台射流风机进行机械通风。消防设计的主要内容包括：室内外消火栓，室内消火栓，水成膜泡沫灭火器，消防管网，高、低位水池，消防加压泵，变频控制系统，防火卷帘、防火门、消防车、消防器材指示标志、消防管网保温、电缆防火封堵等。隧道救援方案设计包括防灾救援原则，救援设施，救援流程，火灾区段的划分及风机的开启，消防救援初步预案，危险品车辆的安全运输管理等。

3 方案对比

3.1 方案一

优点是与方案二相比，工程造价低。

缺点：

(1)隧址区临近村庄，人、车、畜混合通行，交通流方向复杂，容易发生事故。

(2)防灾救援困难，运营期间隧道内一旦发生交通事故，人员逃生疏散困难，容易造成安全事故。

(3)相对于方案二，隧道通行能力差，容易产生交通瓶颈，引发交通事故，救援人员进入现场困难。随着未来国道108线交通量的增加，交通瓶颈会越发严重。

(4)考虑国道G108未来发展的空间，下阶段逃生救援通道改扩建成一级公路隧道难度较大，且会造成不必要的浪费。

3.2 方案二

优点：

(1)上下行通行可以有序地组织交通，减少由于交通混乱发生事故、拥堵的几率。

(2)分离式双洞双向四车道交通通行能力好，更好地适应了未来国道108线交通量的发展。

(3)防灾救援隐患小，运营期间隧道内发生交通事故，人员逃生疏散容易。

(4)分离式双洞双向四车道隧道一次建成，为下阶段国道108线改扩建成一级公路奠定了良好基础。

缺点是工程造价较高。

如表1为两种方案的经济对比表。

表1 108改线项目经济比较表(万元)

3.3 比选结论

考虑到本路段的运营安全，交通量的持续增长导致未来改扩建的实际需要以及近远期的综合建设成本，我们推荐将方案二作为本项目的推荐方案。

4 结束语

由于马头山隧道交通组成复杂且为长隧道，所以设计中要着重考虑防灾救援问题。本文通过对单洞对向双车道+防灾救援通道和分离式双洞双向四车道两个设计方案进行分析比选，最终选择了分离式双洞双向四车道的方案，并将本路段由二级公路升级为一级公路。选择过程中主要本着以人为本、安全先行的原则，同时以发展的思维去考虑成本，让综合效益最大化，避免重复投资造成浪费。