公路隧道手册

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1.2. 新建隧道总体设计

第1.2节主要涉及的新隧道的设计问题。设计主要是关于运营隧道的重新装修、安全升级等问题,相关内容在第1.3节中有描述。

1.2.1. 线型(平、纵)

公路或高速公路隧道纵向和横向线形的设计,是新隧道设计主要和基本过程,但是缺乏必要的重视。

将隧道作为复杂系统进行考虑必须在整体方案设计的最初阶段进行,即隧道线形设计阶段就要考虑,但是实际上一般没有做。因为在线形规划阶段,技术和投资优化工作是最重要的。

在工程最早的阶段,非常有必要动员一批经验丰富的多学科专家和设计师,他们将帮助识别出项目的潜在问题,即使初期缺乏初步的信息和数据。这个专家组会对主要问题作出可信且有益的决定,这将有助于充分利用现有的信息。

本节的目的不是指出隧道布局设计的规则(第1.6节参考了几个国家的设计手册),而是使业主和设计者在设计的早期对全球性和多文化的方法及从工程中获取的经验是工程成功的首要因素的重要性有充分的认识

1.2.1.1. 无"隧道文化"的国家

这些国家隧道业主和设计者对于隧道理解有一定理解,他们更愿意将隧道理解为穿越山岭的"魔术般的布局",穿越陡峭山岭,有着陡峭的梯度,有较大的挡土墙或很长的高架桥,穿越活动滑坡地区的时候需要做大量的加固工作(这些加固工作非常昂贵,且不会有很长的使用寿命)。

通过多个对采用系统全局设计方法施工的工程和未采用系统全局方法设计工程(包括隧道和线形)的实例对比可知:

  • 施工费用在不同的山地地区可能节约10%~25%;
  • 可以大量节约隧道的运营和维护费用,可以增强路线的可靠性,特别是不稳定区域或滑坡路段、易遭受恶劣天气的区域;
  • 环境效应的危害可以大幅度的降低;
  • 对于用户的服务水平可以大幅提高,同时隧道的运营环境,特别是在冬季容易遭受雪崩的区域,可以使车辆穿越山岭的坡度更加缓和而更加可靠。

通过外部评审员的协助减轻了"隧道文化"的不足或者缺少,从而提高了工程效率。

1.2.1.2. 有隧道建设和运营传统的国家

考虑工程总体优化的集成方法很少能够得到采用,反而将隧道断面作为固定几何形状的线形专家,而没有考虑到隧道整体设计中的诸多约束因素和要素。

非常有必要在本阶段将1.1段所有参数及接口考虑在内,特别是:

  • 隧址地区地质和水文地质概况,以及隧道投资建设阶段存在的初步地质情况引起困难和潜在风险的认知。
  • 隧道洞口洞门段潜在的岩体力学特征和水文地质特征。
  • 冬季容易遭受明显雪崩的国家的风险和危害有:
    • 雪崩和雪堆形成的风险,以及保护连接线及洞口段这些风险防范的可能性;
    • 隧道严重雪崩情况下保证隧道可以进入的维护条件,该条款限制了隧道洞口的高度、隧道洞口进出段的坡度,以及必要条件下,应在洞口附近适当的地方安排场地,为来往车辆安装、   拆卸防滑链提供场所。
  • 隧道洞口段及连接段环境条件,城市以及连接城市见的隧道的环境影响可能会比较严重(特别是噪音和尾气的排放)。
  • 连接坡道的坡度:
    • 造价最低的隧道不一定都是最短的隧道;
    • 隧道洞口段不设置低速车道是很困难的,而隧道内设置这种车道代价则非常大;
    • 隧道连接通道的坡度对于整个路线的交通流量以及冬季路线的可靠性影响非常大。
  • 可能包含的通道譬如侧通道(通风-撤退及安全-减少施工工作计划)、竖井或斜井(通风-撤退及安全通道):
    • 这些特别隧道进出口,它们是否会对周围地区产生严重影响,特别是城市中对于尾气污染敏感的地方;是否常年都可顺利进出,特别是易于发生雪崩的地方。这些因素都将严重约束隧道 平纵线的设计。相反,这些因素经常会有利于隧道建设和运营成本的优化;
    • 这些特别的进出口可能对隧道的建设和运营成本有重要影响,以及对隧道断面尺寸 有重要影响,顺带对通风和逃离通道的设施的优化也有潜在的影响。
  • 隧道的施工方法对于平纵坡的设计也有影响,譬如:
    • 利用钻爆法施工的越江隧道工程与尘管法施工的隧道是两种完全不同类型的工程;
    • 隧道洞口设置高架桥进行连接;
    • 隧道的施工工期决定了隧道施工的布局,特别是可以决定是在隧道两端洞口直接进行掘进,还是利用连接坑道法进行施工。
  • 线形的几何特征和隧道纵断面应该综合考虑以下因素:
    • 纵坡的坡度将决定隧道通风系统的尺寸和隧道交通总流量的减少;
    • 隧道建设、运营期间地下水的排放条件,将影响隧道的纵断面;
    • 隧道限界侧面的减少(建设附加的宽度造价非常高)需要对隧道可见性和平面线形半径的灵敏性进行分析;
    • 应做好隧道半径的优化选择,确保能够避免横坡的不断变化,以及对排水系统、车道、线缆安装套管接口、防火灾水管等因素都有影响,而这些因素都可能导致隧道断面尺寸的增加。
  • 所有这些约束因素都与地下空间的占用有直接关系,特别是城市的地下环境:地铁、地下停车场、基础等对沉降敏感的建筑物。
  • 建设与运营成本:
    • 最节约成本的隧道不一定是最短的隧道;
    • 如果土木工程中的额外投资可以降低隧道的建设、运营、维护和大修(特别是通风系统)的费用,或可以将其交通流量饱和期延后几年(隧道洞内和洞口段的坡度的作用),那么这些投           资总体上可使隧道全寿命期限内成本更加经济。
  • 设计时应该认真进行研究协调隧道平纵线形关系,以提高用户的使用舒适性和安全性。隧道竖直线形中坡度的变化效果由于隧道内视线和照明的限制而更加突出,在最高点尤为明显。
  • 隧道布局设计应该考虑隧道运营是单向交通还是双向交通:
    • 可见性和可分辨性的条件;
    • 设置横通道和竖直通道(竖井),特别是用于优化通风和断面尺寸、优化安全条件(用户撤离和紧急救援者进入隧道,而不设置价格昂贵的平行导洞)。
  • 隧道洞门段的布局:
    • 隧道洞口构成了转换点,应考虑人类行为学和心理学特征,所以非常有必要保存几何的连续性,使用户心理上保持内在轨道的连续性;
    • 四边形的隧道是不可取的,特别是隧道出口,这样需要在很长的距离就加强隧道出口的照明。
  • 地下连接道在或非常邻近隧道口:
    • 应尽量避免在邻近洞口段设置隧道内(外)的交叉;
    • 如果无法避免,应该进行非常详细的分析以确定所有的约束条件,并考虑到特别的后果(布局-断面-出口或合并车道-后继交通车辆的风险-紧急撤离(退)-通风-照明等到)

1.2.2. 横断面的功能性

1.2.2.1. 具体问题

选线完成后,功能性横断面构成了的隧道设计的第二个重要阶段。对于第一阶段,"复杂系统"的做法,必须考虑在一个非常细心的方式下进行,尽可能与有经验的多学科小组一同成为上游。第1.1节所述的参数和接口都必须考虑。

第二个阶段(功能性横断面)和第一个阶段(定线)并不是相互独立的,显然,必须考虑到由此产生的规定。这两个阶段是相互依存,密切联系在一起的。

另外,如1.1.2.2.段所述,前两个阶段的过程是迭代和互动的。没有直接的数学方法,能给出一个单一的答案来分析"复杂系统"。也没有唯一的答案,但有有限数量的好答案以及大量不好的答案。要尽快确定一个好的解决方案,多学科团队的经验是必不可少的。

在第1.2.1.段所引述的例子说明"功能性横断面"的规定,对平纵面线形设计有着重大影响。

经验表明,"功能性横断面"的分析往往是不完整的,仅限于土木工程的唯一的规定,从而不可避免地出现:

  • 在最好的情况下,项目没有优化功能,业务和财务的观点。经验表明,潜在的最优方法在特殊情况下可以达到20%的建造成本。
  • 最通常的情况下,对项目的职能及其约束力和影响力考虑不足。这些功能将在项目以下几个阶段完成,实施较晚,往往是非常昂贵的解决方案。
  • 在最坏的情况下,功能设计过失对隧道产生永久无法弥补的影响,包括其操作和安全条件,其建设和运营成本。

1.2.2.2 重要条款

隧道功能性横断面形状的主要参数如下:

  • 交通流量-交通特征-操作机构-城市与非城市隧道来决定:
    • 车道的数量和宽度,进入隧道的交通类型和车辆类型;
    • 车头(根据车辆的类型);
    • 硬路肩、紧急停车道、交通流量、运营模式、即单向还是双向、车辆抛锚统计率;
    • 双通情况下运营时中线的宽度。
  • 通风有重要作用,但是依赖于以下条件:
    • 选择的通风系统,通风系统自身需要的参数(参考第8.5节);
    • 通风系统的管道,安装轴向通风机、射流风机以及其他通风系统。
  • 用户的撤离以及紧急救护组的进入决定于第七章列出的因素。
  • 隧道的长度和纵坡坡度。这些参数通过非直接的方式影响通风,以及进入和安全的概念。
  • 设备和网络的操作经常也是横断面功能性尺寸确定的决定性因素,同时应该考虑设 备和网络的数量、所需空间,以及确保隧道运营安全所需的保护、人行道、路肩宽度等。下列的网络设备尤其值得注意考虑其尺寸效应:
    • 分开或合并的排水系统:隧道及其他关联管道被污染液体的收集,隧道横坡及线形不改变允许对隧道平面断面进行简化或优化;
    • 防火系统的供水网络系统,必要时应设置防冻装置;
    • 由高压、中压和低压线路组成的网络。网络的设计应该能够同时考虑到,一方面是隧道开放和防火时的要求,另一方面是整个隧道后继运营周期中可能需要增加线路或电网;
    • 中短期可能穿越隧道的外界电网;
    • 不同电网间的相互作用及部分网络间的空间布置需要(从技术和法律两个方面同时考虑);
    • 所有运营信号:信号和信号系统-车道信号-不同信息的信号板-规定指示标识-方向标识。
  • 当地功能性接口:地下变电站-地下通风站-安全撤离通道-避难所等。应该特别注意隧道运营和养护的需要,特别是为养护工作和安全操作组建造的紧急停车带。
  • 施工方法和地质条件对隧道的功能性断面的确定也有影响,与隧道结构尺寸的确定是无关的,譬如:
    • 第1.2.1.2节提到的水下穿越。采用预制沉管法设计的通风系统、撤退通道、紧急救援洞口,与采用钻爆法施工中仪器的布设方式完全不同;
    • 使用TBM方法建设的隧道空间底部可以用作譬如通风、用户撤离通道、紧急服务人员通道。如果隧道处于地下水位以下,且围岩为透水性岩体的话,这就可以进行设计优化(去掉连接通道或平行的通道),这种优化对于建设成本的控制是很重要的。

1.2.3. 安全与营运

1.2.3.1. 一般规定

国际路协的建议很多是关于安全性和安全考查操作、组织操作和应对突发事件以及操作的规定。(内容详见:第二章"安全性"第三章"人为因素对隧道安全性的影响"

本章主要介绍"复杂系统"的安全性和操作接口。1.1.5.2.节的表格表明了工程不同部分参数的相互依赖程度。

一部分参数很受工程中上一环节的影响。以下这些参数必须从第一步设计阶段开始分析并且特别处理:

  • 交通流量-交通性质(城市、非城市)-车辆性质(可能是专用于一种类别车辆的隧道)-是否运输危险物品;
  • 人员疏散通道和紧急救援队伍通道;
  • 通风换气;
  • 与隧道内人员的交流窗口-监视系统。

这些重要的隧道设计参数也是进行 "危害分析"的必要组成部分以及"紧急救援队伍介入营救"的初步草案。这就是为什么我们认为"初步风险分析"是很重要的,在刚开始的设计阶段即需要进行"紧急应变计划"初步分析。这种分析可以更好地描述隧道的具体特点和必须满足的安全规范。它也有助于进行价值工程分析、优化设计以及最佳化资金运用。

接下来的段落较为详细地介绍了这些参数和它们的影响。

1.2.3.2. 与交通相关的参数及其意义

这些参数主要影响隧道功能性断面尺寸,且部分影响了断面的布局:

  • 交通流量影响了隧道车道数、通风和紧急撤离的要求,同时影响到车辆抛锚数量及处理,是否需要在旁边设计停车道、停车带以及其他临时维修设施。
  • 交通车辆特征、车辆类型及分布影响到紧急撤离的概念(连接通道、紧急撤离通道及其尺寸和空间),并与被撤离的人员的数量有关。
  • 特别设计的隧道,隧道内通行的车辆与车道宽度、限界高度和通风的设计均有直接关系。
  • 隧道内车辆通行的是否是危险货物直接决定了隧道通风系统、有效横断面、集水及祛水措施、临时绕行道路、隧道洞口环境或风机支架、隧道结构防重大火灾措施、紧急撤离和紧急救援服务、消防队的需要的材料和工具设计。

1.2.3.3. 用户的撤离与抢救队伍的进入

用户的撤离和抢险队伍的进入参数是功能性条款和总体设计的一个基本要求,这个要求经常影响布局(直接通往外界的出口)及建设的相关要求:横洞、下穿洞、平行导洞、逃生避难所的连接通道。

分析要求建立集成的通风设计方法(特别是火灾情况下的通风方案)、流量分析、风险分析、紧急情况下响应方案的草案(特别是通风、救援场景的调查)、和施工方法。

所以,非常有必要从功能的角度定义路线、几何特征及空间布局,以确保紧急情况下正常人和残疾人能够正常流动。

所以,应该保证这些设施具有统一性、可获取性以及设备具有缓解紧张情绪、使人乐于获取等特征。这些设备是用户在非常紧张的情况下使用的,设备的简单、易用、具有缓解紧张情绪的功能,可以避免用户的紧张情绪转化成恐惧心理。

1.2.3.4. 通风

通风设施设计为纯粹的纵向通风系统,且对隧道功能断面和线形均无影响的通风系统。

这里指通风系统的并非纵向由配有抽排管道设备,或横向通风系统、半横向或半纵向系统和混合系统,也不是利用竖井、连接通道等非洞口方式进行抽排的通风系统。所有上述的系统均对隧道功能横断面和线形及附加的地下结构均的设计有很大的影响。

交通区域通风设施设计的实际目的在于:

  • 通过注入外界空气,使隧道内空气中有害气体的含量低于国家要求标准,保证洞内环境有利于人体健康;
  • 高效抽排隧道内的烟雾确保洞内用户的安全,直到他们紧急撤离交通区域。

通风系统可以同时具有以下功能:

  • 通过加强对洞口污染空气的驱散或排出洞外前的空气净化,保证洞口附近空气污染程度不过高
  • 对于城市隧道或特长的非城市隧道,洞内设置空气净化站,以净化空气在洞内重新使用。空气净化站采用的技术先进,价格昂贵,需要大量的空间且需要经常维护
  • 有助于防火,能够有助于控制洞内温度以降低火灾热效应对结构的损伤

通风系统不仅与交通区域有关,还与以下因素有关:

  • 不同隧道间的连接通道
  • 火灾情况下使用的紧急撤离通道或避难所
  • 隧道洞内或洞口附近设置的技术室(站)需要更新空气或温度控制(根据地理条件需要制热或制冷)

设计的通风系统应具有以下功能:

  • 能够动态、快速的适应多种工作环境,当其在以下环境中工作时,具有以下功能:
    • 气候变化,特别是山区特长隧道两端洞口的气压会发生明显且交替的变化的情况下
    • 隧道防火管理不同阶段排烟管理要求变化的需求,特别是火灾初期-发展-衰退阶段,以及适应整个火灾期间撤离、救火、结构维护等救火工作不同阶段的策略
  • 应该有可扩充的能力,以适应隧道寿命周期中交替流量、车辆类型的变化发展、降低洞内通行污染水平及其他的运营要求

1.2.3.5.  与用户的联系及监管

信号指示中的与用户相互联系对隧道功能性横断面有重要影响。

通讯系统对"复杂的系统"总体不产生的重要影响,而与操作系统相关的子系统有直接关系,特别是远程监控、探测、联系、交通管理控制和监管以及紧急撤退的组织工作。

1.2.3.6. 运营的特别要求

隧道的运营和养护组的工作均需要作出专门的工作安排,确保相关工作能够在完全安全的环境下进行,且减少对隧道的正常交通影响。这些专门的工作安排包括:在地下的设施前面设置紧急停车道(带),为设施的常规维修、材料(特别是重量较重或不方便操作的材料)的更换和维修服务。

1.2.4. 营运设备

本节的主要目的不是详细介绍操作的设备器械、功能及设计。这些要素的定义在目前的公路隧道手册的标准以及相关的手册、第1.6节中列出的国家标准中。

主要的目的在于引起隧道业主及设计者对隧道运营的设备和仪器的重视。

1.2.4.1. 重要选择

隧道的运营设备应该能够隧道有效发挥其功能,保证隧道交通通行,满足车辆通行时能够提供安全、舒适的服务。

运营设备能满足隧道功能:适合其地理条件、其内在特质、交通车辆类型及隧道进出口两端基础设施的类型,以及紧急情况下救援安排和隧道所在地国家的规定和文化。

隧道运营系统过度并不自动提升隧道的服务竖排、安全性和舒适性。相反,这需要加大对这些设备维护和人为干预,否则反而可能导致隧道安全水平的降低。相关设备的并置或过度使用是无用的,这些设施应该相互匹配、互补、适度冗余(确保起到安全作用)且整体具有连贯一致性。

运营设施是"活"的:

  • 需要严格的关心和维护,其周期性和技术水准应与设备要求相一致。这就要求设备的维护需要配备合适的管理经费、熟练的技术人员及全寿命周期的投资计划。缺乏维护或维护不到位可能导致设备故障、失效,则隧道整体功能和用户的安全将成为问题。设备在隧道正常运营条件下进行比较困难且有诸多限制条件,所以这些设备的设计时应充分考虑这些问题而做出安排措施。基于以上原因,所有系统的构成、设计和安装应提前予以考虑,限制因设备故障对隧道功能和安全造成影响,也应考虑对维修措施、更新升级设备可能带来的影响。
  • 设备的生命周期是变化的:根据设备的特征、耐久性、运营环境及维修维护的组织和质量,这些设备一般可运营10~30年不等,所以隧道的这些设备应该定期的更换,这就要求有足够的投资。
  • 技术的进步经常要求更换技术更先进的设施,这是由于技术落后需要更换或无法买到老设备的构件进行更换。
  • 设备应体现出对隧道环境变化的适应性。

基于以上的考虑,主要的战略选择有以下几个:

  • 根据隧道的实际需要定义隧道的设备,而不屈从于部分漂亮小构件的诱惑。风险分析与工程价值联合分析时保证必要设施理性选择的有效工具。这种方法可以更加深入理解系统的复杂性,不通过严格和称职的机构来把握这种复杂性,往往导致延期、费用超支及七大主要故障发生。
  • 应优先考虑设备的质量和耐久性,确保能够降低维护频率和减少交通情况下的交通干预带来的痛苦,虽然高质量、高耐久性的设备首期成本较高,但是可以通过运营过程中的费用降低和便利所弥补。
  • 应该在设计的每个阶段、生产、出场测试、现场安装测试对设备的质量和性能进行检查确认。经验表明,许多设备效率低下、不满足工作要求就是缺乏严格组织和高效的控制。
  • 根据设备需要面对的运营环境,考虑实际气候和自然环境条件、社会文化环境、工艺和技术水平、提供服务的组成要素来选择合适的技术。
  • 从设备的设计和选择时即考虑运营费用特别是能源的费用,这些费用是在隧道的生命周期中循环往复的。特别是通风和照明系统是最耗费能源的,这一点应该在设计的最初阶段即需要加以考虑。
  • 从设计和投资的初级阶段需要考虑,一方面要考虑组织、学习、实施和培训运营组人员学习隧道的运营和管理的必要性,另一方面学习维护和清理:设备正常运营交通情况下进行维护的约束条件,导致运营、维护和重新装修费用增加。
  • 思考新建隧道总体结构和计划,招募运营队伍并进行培训、测试、设备和系统的空转、实践和外界各方参与现场演习(特别是消防队的紧急救援演习),使相关各方了解隧道的具体特征。

1.2.4.2. 关键设备的主要要求

1.2.4.2.a. 能源-电源-电力的分布模式

需要隧道正常的运营,必须有正常的电力供应。长大隧道可能需要几个兆瓦的电源供给,这种供给一般现场很难直接解决。从隧道设计的早期阶段即应该特别安排来加强利用已有的电力网络,或创建相关电力网络。电力网络对于隧道的建设和运营是必不可少的。

电力的供给及配置应该满足:

  • 供给能力;
  • 供给可靠;
  • 可靠、适当冗余和保护的电力供配系统:冗余度及网络的互联- 平行的变压器-线路铁架及人工孔内防火的导线。

隧道的特殊性决定应对隧道的地理特征、现有电力网络、电力供给特征(优先特性)、现有电力网络的可靠性以及是否可能增加网络的电力供应、隧道特有的风险及紧急服务时需要干预工作的条件。

相关的设施可以对应进行设计,并且根据系统的可靠性和设计阶段的决策来实施运营程序。

隧道在缺乏电力供给时的安全目标:

  • 根据隧道及紧急救援特征,快速电力供应而不间断所有的下列的安全设备保持在一个小时左右时间段:
    • 最低照明水平-信号系统-有线电视的监控-远程通讯-数据传输与监控-传感器和检测传感器(污染-火灾-事故);
    • 对安全场景、紧急撤退路线和避难所提供电力;
    • 本功能经常采用UPS系统或柴油机,马上即可提供电力。
  • 随隧道不同而不同,风险发生在城市或乡村,最基本运营环境的其他目的可以被用来设定以保证电力供应以下设备,只要特定的工作在断电期间得到执行。譬如,紧急电力系统(通过局部外部电力或发电机发电)运行可保证通风系统处理轻型的火灾,而不能处理卡车火灾,这是卡车将禁止在隧道内通行。

电力供应主要通过以下措施得到实施:

  • 可以从公众电力获取电力供应:
    • 2-3个公众电网的高中压独立点的电力供应,隧道内可自动选择正常电力供应和紧急状况下的电力供应,如果处于紧急电力供应情况下,则切断部分设备的电力供应下,如果紧急外电供应不足;
    • 无柴油发电机;
    • UPS紧急电力供给的安装。
  • 无外界紧急电力供给:
    • 仅一个外界公共电力网络进行连接;
    • 柴油发动机在电力中短时可以提供部分电源,满足最基本运营环境或特别运营环境;
    • 安装有UPS电力供给源。
  • 自动电力供给-无外电力供给:
    • 无公众电力网络进行能源,或无法保证足够的稳定性,这时需要完全的自动电力供给。能源完全由一组柴油机同时进行供电,且应有一台备用设备以备其中一台发动机故障;
    • 可能需要UPS紧急电力供应,如果认为发电机的可靠性不够的话,或安全原因的话。

1.2.4.2.b. 通风

在通风领域,相关的世界道路协会的规定是比较多的,对于世界上通风设施的概念和设计有重要的参考意义。除了上述的1.2.3.4节外,读者还可以参考第8.5节

但是,值得指出的是,通风设备仅仅是保证隧道内运营环境健康、舒适和安全的一个基本要素,它仅仅是由用户、操作员、紧急救援组等诸多人员的行为、专业技术和行动能力构成的复杂系统中的一环。

通风系统自身不能满足设想所有的场景、所有功能,特别是有关环境保护和空气净化相关的功能。

通风系统及定位的相关选择需要丰富的经验:封闭空间中流体力学现象的理解、火灾发展的多个步骤、辐射和热交换,以及燕窝等有害气体的产生及发展。

通风系统消耗能量巨大,应特别注意他们的尺寸和操作的优化,譬如采用专家系统。

通风系统一般来讲非常复杂,相关的火灾情况下的管理实施需要安装自动系统,以期自动管理和掌握现场情况,这中操控比操作人员在巨大压力下进行操作能够更加高效。

在第1~4节中表明的,通风系统必须首先满足正常运营情况下的健康、卫生要求,以及紧急状况下的安全要求。

耐用性、可靠性、实用性、寿命及消费能源类型等要素构成了通风系统需要满足的条件。

1.2.4.2.c. 通风设备的附加设备

如果股东、居民团体或强烈游说的存在,可能需要安装以下两种附加设施:

  • 空气处理或清洗设备,
  • 固定灭火系统。

A. 空气清洁设施

读者如需阅读相关内容请参考第5.1节

空气清洁系统的实施是当地城区环境保护组织的不断要求下进行的,这些设施通常安装在地下,这些设备的建设、运营和维护通常非常昂贵,且耗费大量的电能。

目前其效果也不是太令人信服,特别是重要的汽车尾气排放减污,且这是设备很难彻底清除隧道内污物含量不高的空气,所以最近十年安装的清洗系统基本上都没有正常工作。

在存在严格的规定的国家,严格要求从根源上消除污染排放,这种清洗设备的前途是不够明朗的。

B. 固定灭火系统(FFSS

第8.7节主要介绍该部分内容,需要的读者请阅读相关章节。

具体技术有很多种,对于不同的技术标准回答也不同:灭火-控制火势-减少处于附近用户处的热传递和温度-保护衬砌结构免受高温破坏等。

这些系统,即使都有各种的优点,但是都有一个特别的缺点即是隧道内的视线环境变得更差,特别是火灾刚刚开始时,固定灭火器需要一个内在一致的方法确保用户所有方面的安全,这个方法应同时与保持通风和紧急撤离相一致。

决定是否实施这种系统的决策是异常复杂的,且会产生非常严重的后果。这种决策应该是通过通盘对安全的特殊要求及该系统带来的附加效果的思考的基础上进行的,而不是由于一种流行或经他人游说产生的结果。

固定迷惑系统需要重要的维护措施的实施,需要经常进行测试,否则无法确保其可靠性。

1.2.4.2.d. 照明 

国际照明协会(CIE)的标准遭受了世界道路协会的批评,因为其规定往往导致过度照明,读者请参考欧洲标准委员会出版的技术报告中推荐的几种方法,其中包括CIE推荐的方法。

照明是确保隧道内安全和舒适的基本工具,照明的基本目的应适应隧道的地理条件(是否城市隧道)、隧道特征(隧道长短)、车辆类型和特性。

照明系统消耗大量的能源,新的技术正在发展来优化其特征和性能。

1.2.4.2.e. 数据传输检查(SCADA)

数据传输检查(SCADA)是隧道的神经系统和大脑,允许数据信息的编译、传输,并传输对仪器发出的操作指令。

系统需要谨慎的对隧道内的根据细节进行分析,其中包括隧道的运营的模式和组织、隧道所处环境带来的风险、救援干预的实施程序和安排。

应该根据隧道(群)特殊的环境、必须的人员和材料、将要起到的作用、发生事故时自动设备和专家系统对操作人员带来的实质帮助等要求,监管和控制中心的组成进行详细的分析,以期达到简化和减少操作人员的工作任务,提高工作效率的目的。

系统的详细设计需要时间长,过程复杂,需要对系统开发、不同阶段的控制、试验、现场安装后全局控制等有严格的方法论,经验表明这些系统中诸多的错误原因有以下几点:

  • 细节定义不清晰,缺乏高效的功能分析、无视运营条件和程序;
  • 由于缺乏足够的时间进行横向集成、仔细分析、未对特殊条件下的运营情况进行考虑,系统开发不及时;
  • 缺乏对系统进行严格开发、测试、控制和组装;
  • 缺乏对人类行为学和人体工程学方面的思考;
  • 缺乏隧道运营经验和严重事故决策逻辑集成和顺序层次性的理解。

手册的第8.2节总结起来就是这几个方面的内容。

1.2.4.2.f. 无线电传输-低电压回路

这些设备包括:

  • 紧急电话网络系统;
  • 与运营和紧急救援有关的无线网络。与隧道内用户连接的无线电通道,通过这个通道即可及时传送与安全相关的信息或指令;
  • 用于检测和采取措施的诸多的传感器;
  • 闭路电视网络系统;
  • 事故自动检测系统(AID)通常采用闭路电视系统进行连接,事故自动检测系统(AID)需要很多数量的摄像头以确保检测结果可靠。

1.2.4.2.g. 信号

信号的具体含义见第8.9节

比其他设施更明显的是,信号信息的过于繁多或冗余对于其相关设备和目标是不利的。

隧道信号体系的可识别性、同质性和层次性是隧道信号洞内、洞口段信号设计的首要任务,甚至比灾害情况下向用户发出紧急撤退的信号还要重要。

固定信号面板,车道信号,可变信息的信号,交通灯,停车灯,紧急出口的信号,那些出口的特定信号,信号的安全区域,关闭通道(可移动的障碍)的物理设备,水平标记和横向警示条都是信号装置的一部分。他们确保了与用户的部分联系。

1.2.4.2.h. 灭火器

火灾探测器可能是布于局部的空间(探测地下子站或工作室),或线形分布在交通通道空间中。

防火器械有很多种:

  • 探测地下子站或工作室的自动设施;
  • 驾驶员使用的干粉灭火器;
  • 防员使用的灭火设施:高压水管、一些国家还有泡沫管道。消防池的容量是可变的,且与当地的规定、规程有关,或与隧道的具体情况有关;
  • 一些隧道有FFSS系统 (详见上文的 第 1.2.4.2.c.节 )。

1.2.4.2.i. 其他各种仪器

另外,还可以针对隧道安全、舒适、结构保护的需要有针对性的安装其他设备,例如:

  • 在隧道的边墙或人行道路缘石安装发光指示标志;
  • 在隧道边墙设置的栏杆或生命线,允许消防员在烟雾弥漫的环境中进行移动;
  • 隧道变形喷涂或安装预制的指示牌;
  • 保证隧道结构在火灾中不受损伤的措施。这些保护措施在隧道建设开始就应予以考虑,火灾过程中混凝土衬砌和地面的热交换和空气特征发生变化,这些通风设施尺寸确定时应对相关因素予以考虑;
  • 隧道路面下收集的地下水应在排放到外界自然环境前进行管理与处理;
  • 隧道洞口环境保护的措施与安排,确保如果超过了相关管理规定的要求,能够及时进行相关程序。
Reference sources

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