长大地铁海底隧道工程总体布置方案研究

罗江胜，史宣陶，庄威，缪道平

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

0 引言

我国沿海的青岛、厦门等城市目前已建成运营的地铁海底隧道为：青岛地铁1号线和8号线胶州湾海底隧道、厦门轨道交通2号线海底隧道等，概况见表1。

表1 国内地铁建成运营海底隧道概况表

青岛地铁2号线胶州湾海底隧道工程目前处于前期研究阶段，该海底隧道工程从黄岛区黄岛码头站穿越胶州湾至青岛市区轮渡站，车站间距为8.3km，区间隧道全长8.1km，在胶州湾两侧设置2座中间风井，海域段风井间最大长度5.5km。方案概况见表2。

表2 青岛地铁2号线胶州湾海底隧道方案概况表

青岛地铁2号线胶州湾海底隧道海域段长度、防灾疏散与救援以及工程实施难度均超过上述已建成运营的3座地铁海底隧道，总体布置方案值得研究与探讨。

1 选线方案研究

1.1 地铁海底隧道选线原则

（1）地铁海底隧道在前期规划研究阶段，需结合两岸城市总体规划、海域使用、海域工程地质、海域水文地质、海洋环评、控制性建（构）筑物等对过海段线路走向及车站设置需进行多方案比选，选择合理的线站位方案，并对海底隧道走廊进行规划控制。

（2）规划选线需尽量缩短海域段线路长度并控制两端中间风井距离，尽量减少地铁海底隧道防灾救援、人员疏散难度及压力，在规划选线阶段要初步落实中间风井位置并进行规划控制。

（3）海域段线路纵断面需结合海底地形、海域工程地质、海域水文地质、隧道工法等情况合理确定，需满足海底隧道合理埋深要求，并保证隧道施工和运营安全。

1.2 地铁海底隧道埋深标准

地铁海底隧道的纵断面主要取决于线路限坡（30‰）和隧道合理埋深，如果限坡给定，决定海底隧道长度的主要因素是隧道的合理埋深。岩石覆盖厚度太小会增加隧道丧失稳定的可能性，增加隧道涌水量，间接增加支护、防渗和排水费用。加大岩石覆盖厚度意味着增大隧道埋深，增加隧道两端车站埋深，增大车站出入口长度，降低车站服务水平。隧道岩石覆盖厚度的确定存在一个优选问题。可通过工程类比法、挪威图表法、日本经验公式、国内顶水采煤经验法、数值模拟计算、权函数法等方式实现。

青岛地铁2号线过海隧道最小岩石覆盖厚度的确定原则：首先，由于海底隧道的特殊性，围岩稳定性至关重要；其次，从海底隧道施工安全来说，防突水十分重要；最后，隧道涌水量影响排水设计和成本。根据经验分别给出数值计算0.5权重、顶水采煤0.3权重以及最小涌水量0.2权重，最终确定最小岩石覆盖厚度。

综合分析建议值=数值计算值×0.5+顶水采煤值×0.3+最小涌水量值×0.2

根据相关的理论计算和参照青岛地铁1号线和胶州湾海底隧道的相关经验，双洞双线断面最小岩石覆盖层厚度建议值为20m，单洞双线断面建议值为25m。

1.3 海底隧道线路方案比选

青岛地铁2号线胶州湾海底隧道主要控制因素包括：

（1）两端规划路网现状及规划用地情况；

（2）规划线站位方案的稳定性；

（3）区域内主要控制性构筑物：主要有黄岛油港栈桥、大港航道、胶州湾海底隧道、规划胶州湾第二海底隧道；

（4）施工场地（竖井、斜井）的选择；

（5）海底地形、工程地质及水文地质条件、沧口断裂带等。

（6）对该海底隧道进行中线、南线、北线三个线路方案进行比选，见图1、表3。

图1 青岛地铁2号线胶州湾海底隧道工程线路方案平纵面示意图

表3 青岛地铁2号线胶州湾海底隧道线路方案比较表

表3 续

综合考虑地铁海底隧道工程现状与规划条件、工程地质条件、运营功能需求、施工难度及风险、对周围环境影响及工程投资等因素，从尽量减少地铁海底隧道防灾疏散与救援难度角度出发，拟推荐采用方案一（中线方案）。

2 配线设置及防灾运营组织

青岛地铁2号线黄岛码头站—轮渡站间距约8.3km，区间运行时间约7.1min。同时1号风井—2号风井段距离约5.5km，运行时间约4.5min，按照2min行车间隔计算，远期高峰时段（5h）1号风井至2号风井区段上下行方向均存在3列车占比22%，为防灾疏散与救援带来严峻挑战。因此，需要加强配线功能，提高运营组织的灵活性。

（1）海底隧道两端车站需设置相应的折返线及停车线，以便应对海底隧道发生事故情况下，两端列车可组织临时交路折返，同时可满足海底隧道区段故障列车临时停车需求。建议在过海隧道区间相邻的黄岛码头站和轮渡站均设置双停车线，如图2所示。

图2 海底隧道两端车站配线示意图

在海底隧道出现列车、线路故障及灾害时，组织柳花泊站—黄岛码头站、轮渡站—世博园站的临时折返运行交路，减少受影响区段长度，临时交路如图3所示。

图3 海底隧道两端临时交路示意图

（2）列车在海底隧道段行驶过程中发生火灾事故时，应尽可能使列车驶入前方车站，在车站组织乘客疏散并利用车站排烟设备进行排烟。

（3）当列车无法移动只能在区间疏散时，采取对向隧道互为救援、疏散模式。地铁2号线采用DC1500V接触轨授电，为保证着火列车人员在慌乱的情况下进入对侧隧道轨行区疏散不发生触电事故，以及保证后续列车运营安全，因此，在列车火灾事故时海底隧道内所有列车不宜退行，需要立即停车、断电并疏散乘客。

最不利情况为着火列车位于1号风井至2号风井之间，由于1号风井至2号风井区段属于同一供电分区，在单洞或双洞情况下，隧道两侧共有6列车需要停车救援，需疏散乘客8760人，三洞方案（设中间独立疏散通道）情况下仅事故区间列车停车，只需要3列车停车救援，需疏散乘客4380人，如图4所示。

图4 火灾事故海底隧道区间列车分布及运营组织示意图

3 长大地铁海底隧道设置救援站方案

青岛地铁2号线胶州湾海底隧道两侧设置有2座中间风井，该风井兼有隧道通风、防灾疏散与救援功能，1号风井轨面埋深45m，2号风井轨面埋深60m，风井太深对防灾疏散与救援是非常不利的，对疏散老弱病残孕等行动不便的人员人性化不足，而且会导致风井疏散能力受到很大的限制。

地铁海底隧道如何安全、高效疏散大量列车乘客，防灾疏散与救援如何体现以人为本理念。本次研究借鉴超长铁路隧道设置救援站理念，对地铁海底隧道设置救援站方案进行探讨。

在地铁海底隧道内设置列车可停靠、人员可集聚的救援站，其目的是利用非事故侧隧道列车运行至救援站开展疏散与救援工作。为保证非事故侧隧道列车正常运营，需要在正线隧道之间设置独立的疏散通道，如图5、图6所示。

图5 地铁海底隧道设置救援站平面示意图

图6 地铁海底隧道设置独立疏散通道剖面示意图

经初步分析，当发生地铁海底隧道灾害事故必须疏散乘客时，设置救援站具有如下功能：

（1）利用另一侧正常运行隧道列车将事故列车乘客安全、高效运送至目的站，疏散乘客（特别是行动不便者）无需通过风井楼梯疏散至地面，并需等候地面应急交通工具。

（2）当海域段一侧隧道发生火灾事故、列车还可坚持运行至前方车站时，可提前停靠救援站紧急疏散乘客，可缩短列车在火灾工况下的运行时间，对减少火灾对乘客产生危害非常有利。

因此，从提高长大地铁海底隧道防灾疏散与救援的安全性、高效性及设施人性化角度出发，设置救援站无疑是一种全新高效的解决方案。

4 结语

本文结合青岛地铁2号线胶州湾海底隧道工程，通过对长大地铁海底隧道选线、运营组织、设置救援站等总体布置方案进行研究与探讨，建议加强对长大地铁海底隧道防灾疏散与救援的安全性、高效性及设施人性化等方面的研究，进一步提高我国长大地铁海底隧道建设水平。