1.1. 隧道是一个复杂的系统

• 1.1.1. 系统的复杂性
• 1.1.2. “土木工程”部分
• 1.1.3. “通风”问题
• 1.1.4. “营运设备”子集
• 1.1.5. “安全”问题
• 1.1.6. 小结

1.1.1. 系统的复杂性

一个隧道，构成一个“复杂系统”，这是把非常多的参数考虑进来的结果。这些参数的影响因素通过下图（图1.1-1）可以看出。

所有这些参数在各因素的影响下是可变的和相互影响的，就像各个因素也是变化的一样各个参数之间的相对权重，各个参数的性质由于个隧道的情况不同而或多或少的不同。例如：

• 对于一个城市隧道和一山岭隧道来说，其确定标准和各参数的比重是不一样的
• 条短隧道和一条长隧道的区别就像一条行车密集的隧道是否有危险一样
• 对于新建一条隧道和按照新的安全标准整修一条隧道，两者的标准是不一样的

注释1：简图布局有多种且往往是可转换的，该简图中，隧道的总体思路和功能区是放置在草案的中心。也可以制定当其他因素放置在草案的中心时的类似的图表。

注释2：第一圈代表技术领域，主要因素表示以下几个方面：

• 安全：规定-风险分析-干预措施-可行的需要，
• 地质条件：地质情况-岩土力学-结构尺度，
• 土建工程： 方法-施工组织-风险和危害，
• 运营： 运营和养护（技术方面），
• 费用：施工-运营-日常养护-大修，
• 环境因素：规定-诊断-影响分析-处理或缓解措施。

注释3：第二圈代表即将建设工程的修建环境，主要因素包括以下几个方面：

• 人文环境：敏感度-城市化-附近是否存在基建及建筑
• 自然环境：敏感性分析-水环境-动物-植物-空气质量-自然景观
• 交通情况分析：交通特征及流量分析-流量类型-运载货物类型
• 其他外部约束条件：准入及其他约束条件-气候条件-雪崩-地层稳定性-社会经济环境等
• 盈利水平：经济可接受程度-投资能力-资金成本控制-特许经营或公私合营情况下的政治经济环境

一条新隧道（或者一条就隧道的维修）的设计需要考虑很多很多的参数。决策树中相关的参数非常复杂，且需要多领域有经验的各方进行确定，由于以下原因，各方应尽早考虑并确定相关因素：

• 为避免目前正在建设的或最近刚刚完成隧道出现的潜在缺陷，确保所有相关参数在隧道工程开始阶段就予以考虑。这些缺陷包括运营和安全设备不足导致过晚发现相关需求，即建立的管理系统没有考虑将风险分析结果、紧急情况响应计划或操作程序集成进来，导致建成的管理系统和运营系统不够安全或使用不便。
• 无论从安全角度来看，还是从隧道建设和运营角度来看，越早的干预措施对于一个工程的措施优化越有利。

每一座隧道都是独一无二的，应针对其具体和独特的条件进行分析，这些专门的分析结果是针对具体条件建立隧道提出合适的解决方案必不可少的，并且可以达到以下目的：

• 从技术和投资方面使工程达到优化的效果；
• 减少工程的技术、投资和环境风险；
• 确保达到用户要求的安全水平。

对于多数隧道，不存在复杂的"魔幻版的关键技术"，也不是简单的将方案进行复制和粘贴，隧道的设计和优化需要开展以下工作：

• 全部参数的完全详尽的目录；
• 不同参数的相互关系和作用；
• 对于分析目标参数的适应性进行评估，必要的时候还需要对其敏感性进行分析；
• 确保成功的一套完整的分析方法，是因为：
  • 由于系统过于复杂，一套纯数学的方法不可能完全解决问题，没有单独的解决方案；
  • 工程开始的早期阶段，太多的参数还无法确定，但是必须做出重要的方案决定；
  • 风险类型、风险严重性、发生概率必须考虑，并进行评估；
  • 许多技术参数并非独立的，参数间的相互作用是循环往复的。

下面的几个段落将用来阐述分析中参数间的作用特征，分析其相互特征及往复循环特征。

尽管上述事例不够详尽，但是他们的目标是让读者认识到这些问题，并尽量针对具体隧道考虑这些问题。

1.1.2. “土木工程”部分

1.1.2.1. 参数分析

表1.1-1与土建工程相关的各个方面的主要技术参数。

• 第1列指的是主要的参数集；
• 第2列指的是主要的参数子集；
• 第3列列出了参数子集的主要参数，列表并非完全详尽的；
• 第4列是有参数集和子集决定的，是参数子集的主要结果。

表1.1-2  根据土建工程手动参数

1.1.2.2. 不同参数间的互相作用

不同参数间的相互作用较为频繁，且这些影响考虑到了不同参数间的交叠。

下表1.1-2举例列出了通风、断面和安全方面参数的相互作用：

• 第一列是通风相关的参数，这些参数是从表1.1-2中通风子项中得到的关键参数，
• 第二列是隧道断面的相关参数，也是从表1.1-2中得到的，
• 第三列是安全相关的参数。

表1.1-3   参数之间的相互作用

表中显示了若干个列中都有同样的特定的参数（见连接线），这样就建立了不同参数子集中参数间环状相互作用。这些相互作用通过复杂的函数来确定，所以一般想利用简单的纯数学公式来解决是几乎不可能的。该问题的解决要求的各种参数之间的层次结构的定义，然后考虑到更高层次的参数的假设。这个层次不同于一个项目到另一个，例如：

• 对于一座用钻孔方法施工的短隧道或一座单项通行的中等长度的隧道，最可能的通风系统是径向通风，将射流风机悬挂在隧道顶部对于隧道断面阐述的尺寸效应非常小，这种设计一般在通风设计前即可确定，但是同时需要考虑其他的设计参数，并且通风对断面尺寸的影响在后继设计中予以核查；
• 相反，如果隧道是特长隧道，或者隧道断面是矩形（明挖回填法施工），隧道的通风系统及构件（断面、风机和排气管道可能的尺寸、数量、特征）会对隧道的断面产生巨大的影响。，隧道的通风系统的尺寸在断面尺寸设计的初期就应该进行分析，并预先给出预计通风系统的尺寸。断面的几何尺寸将进行检查。

结果的过程是交互式的，且如前面的例子中展示的，是基于一组假设的基础上的。这个过程需要技术人员宽泛的、多学科的工程经验，从而能够充分将工程中的相关参数纳入到这个连续的过程中，确保服务水平和安全水准的基础上，能够优化整个工程。

1.1.3. “通风”问题

表1.1-3显示了通风系统各个方面主要技术参数的关系，但并不详尽。

对于土木工程，不同参数间的相互作用是非常多的，这种作用也是循环作用的关系。

解决问题的过程与上述描绘的土木工程中的方式是类似的。

表1.1-4  影响通风的主要参数

1.1.4. "营运设备"子集

除以下内容外，运营部分并不是功能定义的关键参数：

• 线路通道的预留箱凹位和套管，防火系统的水管，
• 信号系统：信息的信号系统，安全和警方指令，信号系统可能（矩形的明挖回填法）会对隧道断面几何形状（车道与边墙间距离可能影响纵断面布置和隧道场地）的确定有一定影响，这样就需要进行更加全局的优化，这些优化可能与隧道洞口附近洞外的连接通道设计有关。

“运营设备”的组成在另一方面来说对技术性建筑物的入口，地下机电分站，所有的地下技术空间，或者各种设备，凹处和壁龛的尺寸的一个重要参数。关于温度，空调以及空气质量往往需要安装特殊的设备。

从建设、运营和维护费用的角度来讲，这些也是非常重要的。

隧道运营设备对于隧道安全来讲也是必不可少的，并按照以下目标进行设计、建造和维护：

• 可用性和可靠性：特别是电力及通讯网络的供应与分布；
• 所有防火设备：特别是主要能源供应线路及其他数据传输线路；
• 设备及组件的耐用性应确保其全寿命周期的可靠性和运营维护的费用优化；
• 应有利于方便运营干预，但是这些干预应尽量降低对交通及养护组、用户的安全，这就要求对设计及这些设备的可操作性提出相关要求；
• 运营程序集成、隧道监控系统的设计中的紧急响应计划、人机交互接口的功效、操作员的协助特别是事故中的协助。

1.1.5. “安全”问题

1.1.5.1. “安全”概念

(Fig. 1.1-2). 本手册中第二章介绍了影响隧道安全的主要因素，所以有必要考虑到基础建设自身的系统的各个方面因素，确保隧道运营、干预、车辆和用户的安全。

在建设成本方面基础设施是一个重要参数。但是在基础设施上投资太多的钱而没有使重要的设备提高安全条件则是没有考虑到以下几个方面：

• 组织，人力和物力手段，程序的运营和调停；
• 操作员工的培训；
• 高效率材料的紧急服务设备和员工的培训；
• 与用户的沟通。

1.1.5.2. 如何进行隧道工程的参数影响分析?

对于一个隧道工程，这些参数或多或少都会影响到隧道的青年，下表给出了一个简例。

注：下面的四张表指的是图1.1-5中的4个主要领域：

• 第一列指的是相关主要基础设施或行为
• 第二列列指的是隧道工程的影响等级（土建结构-通风系统-运营和安全设备）：
  • 绿色——重要和主要影响；
  • 黄色——中等影响；
  • 红色——没有影响
• 第三列指的是影响的主要原因和成因​

表1.1-6 :基础设施对项目的主要影响

基础设施	影 响等 级	（主要影响因素）注解
逃生路线		隧道内 -平行导洞 - 直接外部通道 - 连接两洞之间的横通道
紧急团队通道		来自另一洞 - 专用通道 - 普通逃生路线
多人逃生		逃生路线规模 - 连接隧道的间距
通风		通风概念 - 在一定运营和交通状况下，纯纵向通风系统的局限性

表1.1-7 : 由于干预条件和组织的运作对项目的主要影响

运营	影 响等 级	（主要影响因素）注解
反应计划程序		发信号 - 监测控制和数据采集 - 与用户的沟通
干预营救队		洞口建筑尺寸 - 最终的地下设施 - 专用工具 - 水箱大小
团队培训		特定的外部设备- 专用软件

表1.1-8 : 车辆对该项目的主要影响

车辆	影 响	（主要影响因素）注解
平均和峰值小时交通量		车道数- 通风概念和大小
危险品运输		通风影响 -特定危险货物泄漏的排水系统 - 在消防队陪同下特定护送的运行程序--> 停车设施和人员
车辆状态		特定状况下, 在进入隧道前尺寸控制和热控制 --> 门框热控制 + 停车 + 人员
特定车辆类型的限制		例如: 城市隧道用于轻型车辆 - 隧道的尺寸, 通风逃生路线

表1.1-9 : 隧道用户对该项目的主要影响

道路用户	影 响等 级	（主要影响因素）注解
信息咨讯		进入前散发传单-电视宣传
"实况直播" 通讯		发信号、 速度测量系统、 收音机广播、交通指示灯、横截面的影响、 机电系统、 数据采集与监控系统、有时远程的路障
教学		驾驶学校(在一些欧洲国家)
逃生路线指导		发信号- 栏杆 - 闪光 - 噪声 - 对机电系统和数据采集与监控系统的影响
车辆之间速度和距离的控制		雷达和间距探测器 - 对机电系统和数据采集与监控系统的影响

1.1.6. 小结

隧道是一个复杂的系统，特别是：

• 如果隧道设计过程中仅仅考虑线形、地质情况或土建结果，可能会导致严重的设计缺陷，至少隧道建成后安全性较差（甚至处于危险状态），并且运营较为困难（或在合理的情况无法进行运营）；
• 同样，将隧道设计看成操作设备的设计，而没有将风险分析、安全要求、救援与运营等工作集成起来进行考虑，所以隧道建成通车后很快会出现诸多的缺陷；
• 隧道设计的初期，没有将运营和养护中的诸多约束条件和目标进行考虑，后继将不可避免的导致运营成本增加、隧道整体性能下降等问题的增加。

由于隧道设计中缺少隧道文化，没有考虑相关因素，导致了许多问题的处理是片面的，不周全的。

对隧道这个复杂的系统的设计进行进行控制很复杂，但是必须的，特别是：

• 对于每个问题都提出合适的解决方案；
• 保证用户的安全水平，提供给他们舒适高质量的服务。

通过早期清晰的功能定位和价值工程程序，可以确保这个复杂系统的得到控制，同时可以使工程的投资和技术方案得到优化，从工程的开始，应考虑到以下相关因素：

• 水平和垂直的校准，地质学，土木工程施工设备和方法；
• 通风；
• 安全水平（通过一个初步的风险和危险分析、一个初步的紧急事故预案来进行确保）；
• 运营和维护条件；

这些因素的考虑是确保整个系统的设计问题解决的有效方法。

1.2. 新建隧道总体设计

• 1.2.1 线型(平、纵)
• 1.2.2 横断面的功能性
• 1.2.3 安全与营运
• 1.2.4 营运设备

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。

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"和第三章"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。

1.3. 更新—升级已有的隧道

• 1.3.1. 诊断
• 1.3.2. 更新或升级计划
• 1.3.3. 设计方案实施及施工​

​已有运营隧道的升级与装修可能会产生新的分析和解决问题的方法。这时限制的条件比新建隧道要多的多，因为应该将已有空间和限制等问题进行考虑。相关设备及集成的技术差不多是相同的。

​隧道运营状态下进行更新和升级往往导致工期和费用的增加，且更难控制交通流量和交通条件，导致安全性降低。这些不利通常可能因为未对现有隧道运营状况、隧道真实特征、设备和环境条件进行充分分析所致，或未根据交通情况进行有效的缓解策略或措施所致。

第2.8节提出了已有隧道安全诊断及升级计划的方法论。另外，第4.9节提出了隧道运营中开展工作的相关问题，这些方法有助于这些问题的解决。

读者应注意以下章节的关键内容：

1.3.1. 诊断

详细而严格的诊断是一个必要隧道的更新或升级中必不可少的环节，但是不幸的是，这个环节经常被忽略。

隧道的诊断需要以下开展工作：

• 建立隧道详细的说明，详尽、准确的描述隧道功能和几何构造特征；
• 建立详细的结构特征报告。为了更新或升级的后继设计需要，应对隧道抗火特征及其他非确定的、潜在的风险进行评估，以准确了解隧道的具体特征，或应明确列出需要开展哪些试验以明确相关特征；
• 建立详细的已有设备、完整程度、技术状况（是否足够先进）、具体特征、相关部件库存等相关信息的清单，设备的部分工作性能或需要进行相关的测试；
• 对上述中提到的剩余的设备进行更换以前，应对其性能进行评估，应确认是否上述设备的构件在市场中是否可以直接购买，特别是一些由于技术较为陈旧的构件，或因构件过于陈旧而无法直接购买；
• 检查维护和检查报告，分析设备的故障和停止工作的频率。

物理的检查必须辅助运营过程、运营组织和养护及与安全和救护干预相关卷宗的检查，检查的这个阶段最终可能会导致建立相关干预各方的培训，从而促进整修前隧道整体初始状态的安全情况。

诊断后必须根据隧道的实际状况进行风险分析，这种分析有以下双重的目的：

应该对隧道是够能够在目前的状态下（更新前）是否继续运营进行评估，以及是否必要采取过渡性安排：限制通行仅供某种特定类型的车辆通行、加强警戒安排及干预措施的安排、附加设备等等。

从安全角度来建立一个参考来提升更新计划的定义。

诊断需要能够识别（在工作中能正常识别而不会发生晚发现的风险）是否设备可以在工作情况下进行修正、增加或今后进行升级（工艺上的可兼容性，特别是数据采集、传输，自动起作用的设施及数据传输监控（SCADA））。

1.3.2. 更新或升级计划

更新和升级计划分为两个阶段。

1.3.2.1. 第一个阶段：项目规划进行项目规划可能源于以下的原因：

• 上述的详细的诊断工作；
• 基于隧道初始状态的风险分析；
• 安全方面所考虑的不足；
• 对于已有空间及未来潜在的扩建进行分析，确保隧道可以进行升级。

升级计划还应基于隧道的自然环境和空间范围的限制，如果优化的基建或设备的升级计划因无法满足一些限制条件而不可行。

1.3.2.2. 第二个阶段：升级计划的审核确认

升级计划的确认工作包含以下内容：

• 隧道升级计划做好后，应针对计划施工后隧道最终状态建立一个风险分析模型，来验证新升级计划的合理性。施工后隧道最终状态的风险分析模型应与施工前最终状态的风险分析模型采用的方法来建立。这样便于升级计划的优化；
• 仔细检查升级或更细工程各项工作在运营需要的必须条件（比如不允许隧道封闭或临时交通管制）下的可行性，当计划的工作与工作的具体条件不兼容时，应该加强互动。这些互动工作包括：
  • 更新工作计划自身。到目前为止，更新计划的实施应适应两方面的要求：满足隧道的安全目标和满足运营条件要求；
  • 适当对隧道运营的条件进行修改使得隧道的环境条件能够满足隧道升级计划工作的开展。

隧道的升级或改进工作并非只必须进行实际工程改造，它也可能是仅对隧道的功能、运营安排做出修改，譬如：

• 修改允许进入隧道车辆的类型：禁止卡车进入隧道、禁止载危险品车辆进入隧道；
• 建立交通限行细则：永久方式或仅交通高峰方式；
• 隧道最初是双向交通，后改为单向交通；
• 监管或干涉方法的修正。

1.3.3. 设计方案实施及施工

本阶段的工作就是将升级的计划和方案转化为技术和合同细节，并加以实施。

本阶段需要对以下工作进行详细而深入的分析：

• 后继施工过程阶段的划分，应划分每个阶段的具体内容，不同工作的相互逻辑关系和优先顺序；
• 每个施工阶段的安全要求。需要对风险分析部分分析和进行如果降低风险的安全措施必要的话：交通管理-交通管制-巡逻-加强干预措施；
• 隧道内及连接线的交通的临时性或部分的管制根据工作的时间段（白天和夜间不同，正常时间和空闲时间不同）、交通分流潜在能力、隧道隧道交通科安全情况等因素而定；
• 约束条件，局部和整体合同工期，一方面与发包方约定合同细节，另一方面实施全部的必要临时措施，并建立信息发布活动让用户和附近居民了解相关活动。

1.4. 隧道生命周期的不同阶段

• 1.4.1.设计
• 1.4.2.施工
• 1.4.3.竣工
• 1.4.4.运营

一般来讲，隧道生命周期可以分解为以下几个主要的阶段。

1.4.1. 设计

这是新隧道生命周期中最重要的一个阶段，本阶段对于隧道的建设和运营成本、技术和管理风险来讲是具有决定性意义的。

这个阶段应该对隧道这个复杂的系统所有的借口进行全面集成，这个集成工作必须从隧道设计的最初期阶段就开始（见前文）。

但是实践表明，非常不幸的是，多数隧道设计不同部分的设计是独立进行且被认为是不相干的，即使这样讲很夸张，我们仍然可以注意到：

• 隧道功能的定位并非非常清晰；
• 隧道的线形设计通常未考虑其他的约束条件、整体特征优化的可能；
• 土木工程特性即决定了隧道平纵特征，这样导致的结果就是极大的影响了隧道施工成本和风险；
• 设备的技术水平和工作符合程度与前阶段的安排选择全部协调或合适。

1.4.2. 施工

对于土木工程所关注的，最重要的即技术风险（特别是地质风险）和带来的建设成本和工期造成的影响。

隧道施工风险分析的相关要求必须在设计中予以重视，这些要求必须详细和深入，且应与业主共同分享这些要求，针对这些风险所作的决策必须明确其决策过程且应明确记载存档。

做出的决策可能有一定的风险，但是这些决策并非一定错误或并非一定禁止的，因为这种决策可能会遇到行政命令，譬如可能是和更高一级的安排有关，这个安排可能与消除所有不确定因素的调查的实施不一致。

但是承担一定风险的决策必须是经过仔细的思考，这些思考应涉及到：

• 可能导致的后果，这些后果应该被清晰的识别、分析和处理：延期-费用-人文和环境影响-安全-工期等；
• 决策的真正目的：可能的好处和真正的收益。

承受风险的决策千万不能是由于疏忽或某一方的不称职所造成的。

与隧道运营相关的设备，读者应重点关心以下内容：

• 所有能够延长设备生命周期、优化其可靠性和易于维护性；
• 从零件生产、装配、组装到集成后的局部和整体调试过程，对设备的功能、技术状态和质量需要全过程严格执行程曦和功能控制；
• 优选设备和承包商可能使设备成本略高，但是可以确保隧道质量。早期看来部分设备和承包商可能的价格较低，但是节省下来的这部分钱很快被高昂的维修费用所抵消，且交通的干预及附加的管制条件造成附加的痛苦只能由用户来承受。

1.4.3. 竣工

隧道寿命周期的这个阶段经常被低估或忽略，导致隧道经常在非常非常不理想的条件下竣工，或在安全方面被过度。

这个阶段包括：

• 隧道运营和维修的组织；
• 建立并调整隧道在正常的运营过程中及最差运营环境下（MOC）的运营、养护管理、安全与救援的工作流程；
• 员工的注册与管理；
• 所有设备的空转，设备完全按照好、测试并转交后，方可进行设备的空转（可能允许很少的纠正性干预条件下）。
• 隧道竣工前，应进行联系、培训和与救援组和服务的相关操作。

1.4.4. 运营

本章的主要任务就是确保：

• 设备的管理、养护和复位；
• 用户的安全和舒适。

有必要从整体上来看，客观的分析日常的活动：

• 从实际经验的反馈结果，修正运营管理程曦、紧急救援的启动条件、安全人员的培训和演练；
• 不影响隧道服务等级和安全水平情况下的运营费用优化；
• 大修工程、维修和升级工程的识别、分析、计划及实现。

1.5. 建设、运营及升级的费用—投资方面

• 1.5.1.前言
• 1.5.2.建设费用
• 1.5.3.运营成本
• 1.5.4.更新及升级的费用
• 1.5.5.工程投资一些问题

1.5.1. 前言

隧道工程的建设和运营费用是非常昂贵的，所以从工程开始就必须特别注意技术和投资优化。

所以隧道设计从开始就应该按照以下流程进行实施：

• 详细的隧道功能的定义。
• 在工程各个阶段都实现交互式的"工程价值分析"，并将该观念应用到风险分析的各个阶段。
• 隧道设计和施工阶段详细的风险监测和分析，潜在的风险和以下的因素：
  • 由于地层复杂性（地质和地理的非确定性）导致的技术复杂性；
  • 交通流量预测的非确定性组成特许权导致建设和投资中的收入的重要风险；
  • 与投资环境有关，特别是与利率、投资及重新募集资金有关的变化，且特许投资建设或公私合营投资建设模式造成风险。

这个过程可以确保工程的优化（建设和运营费用的优化），也可以优化工程的技术和投资的风险管理的方法，以及工程的流程。

1.5.2. 建设费用

1.5.2.1. 每公里成本比率

隧道建设成本差异非常大，对于不同的隧道基本不可能给出每公里隧道单价的成本价格，因为以下因素的不同可能导致它们在成本中所占比例的变化：

• 地质条件；
• 隧道洞口及连接线公路施工难度特征；
• 隧道所处位置的地理特征-城区还是远郊。
• 隧道的长度：对于特长隧道，隧道通风及安全系统设施是非常重要的，另外，短隧道的洞门及洞口段连接线的施工难度也是至关重要的：
• 交通量对于决定隧道车道数和通风系统的设置都是至关重要的；
• 交通车辆的特征：特别是运输危险品的车辆，需要对昂贵的通风、安全设备，同时隧道应具备抵抗火灾的能力，相应的造价也较高；而对于仅仅通行轻型车辆的隧道，由于隧道车道宽度、通风设备要求的降低，造价也会相应降低；隧道所处的环境，可能会由于环境保护要求造成成本大幅攀升，
• 隧道管理成本或风险分担相关工作也可能增加建设成本；
• 隧道建设所在国家的政治经济情况也会影响成本，幅度大概在20%左右。

根据上述上述的分析，大致可以对隧道的成本进行分析，即通常地质条件下修筑隧道的成本是其他野外条件下基础建设成本的10倍（远离城区的情况下）。

1.5.2.2. 建设成本的分解

隧道建设的成本可以分解为以下三个部分：

• 土建结构的成本；
• 运营设备的费用，包括监控室和从公众网络引入的能源供应；
• 其他各种类型的费用：特别是业主建设工程的费用包括管理费、设计现场监管费、勘察设计费、环境调查与保护费用、征地费用、其他各种手续费用等等。

下面的两个表是隧道建设费用的分解表，左边的图中是无复杂情况的隧道建设费用的分解表，右边图中是存在复杂情况下隧道建设费用分解表。

注释：这些图标显示了运营和维护费用的重要性，以及利用隧道第一阶段即安排优化运营和维护成本优化的必要性。

1.5.3. 运营成本

隧道的运营成本可以分解为以下三种类型的成本：

• 必须的成本包括管理成员费用、能源费用、管理费用和设备费用，这些费用都是周期性费用；
• 每年的养护费用；
• 重要维修的费用、隧道周期内的设备更换费用，这些费用是周期性的，依赖于设备、质量和养护水平，从隧道运营开始到隧道十到二十年。

下面两图举例说明了建设成本（土建结构、运营设备、其他费用）的分解图（相同经济情况下），和总体运营费用（隧道运营始到隧道运营三十年这一阶段费用总和）。

注释：以上两图表明了土建结构成本的重要性，并举例说明了土建结构成本几乎倍增的后果（右图）。

1.5.4. 更新及升级的费用

本章主要针对新规定要求的更新或升级工作，主要工作涉及到紧急撤退、结构防火、安全设施、运营等诸多需要满足安全规定的条款。

当然，实际上由于已有隧道的具体特征多种多样，很难给出具体的升级的费用，且隧道交通流量、安全工作的重要性要求在不同的国家也不尽相同。

在法国，升级公路隧道工作从2000年就开始了，使现有隧道能够满足新的规定。这些工程中对于的预算的费用差别也非常大，从几千万欧元到几亿欧元不等（已经有几个更新升级工程的预算费用超过2亿欧元）。

1.5.5. 工程投资一些问题

从投资角度来看，隧道的建设和运营过程需要耗费大量的费用，但是隧道工程可以从以下角度弥补相关投资耗费：区域经济发展、交流流动性增强、舒适的交通、安全可靠的路线，同时可以保护环境。

工程投资费用的工作亦可以通过以下措施进行保障：

• 传统的投资模式：由国有公司进行投资和养护，投资经费来自公众的纳税或汽油税。
• 特许私人机构或半公立机构，值得是被授权建设隧道且运营合同约定的年限。这个机构的投资是通过用户的通行费用所作为弥补建设和运营费用、建设风险和投资费用，这种特许授权可能会通过投资参与或特别的保障措施，譬如保障最低交通流量，如果未达到最小流量则给予补贴。
• 公众和私营企业的混合模式，或类似模式，这种模式可能涉及：
  • 仅仅是隧道建设或隧道的建设与运营；
  • 通过设计与建设工程的"交钥匙"建设工程；
  • 部分或整体投资。

本手册由于篇幅所限，将不涉及具体投资模式、机理及优缺点，可是根据具体经验这里给出一些初步的、有启发意义的指导性意见。

a) 国有企业的投资

• 这种模式是最采用的模式。这种模式的优势在于，项目可以不受投资方是否因素的影响，譬如经费投入不足或存在政治团体不愿意投入经费；
• 然而，它要求国有企业有财力确保融资，或它有能力筹集资金和提供债务。金融资源主要来自公共税收或燃油税，有时部分来自收费。

b) 由特许经营权的投资模式-隧道作为整个基建措施的一部分

这种投资上非自主经营的隧道或特许隧道（有或没有投资方的自主）是最常见的城际高速公立收费隧道。这时隧道的建设和运营成本与其他的隧道和地上基础设施共同分担。经验表明，这种城际公路按照公路进行收费的综合收费模式容易被用户所接受，只要这种基建设施能够带来足够多的优势：节约时间、可靠且值得信赖的服务、舒适和安全。

c) 由特许经营权的投资模式-单个隧道的情况

单独隧道主要包括以下两种情况：

• 隧道对于通行条件有了极大的提高。在特别的情况下的城市隧道的目的就是缓解交通和减少出行时间。经验表明，当满足以下条件时，通过"使用权"的方式融资是唯一可预期的：
  • 较大的交通流量；
  • 高收入水平和高税收的国家，可以通过大量的税收来确保收支平衡；
  • 隧道通行节约的时间应该足够多，否则用户很难接受较高的收费；
  • 特许经营的时间至少50年。
• 区域开发的隧道可能会穿越对交通造成阻碍的自然障碍（山脉或港湾），隧道建成初期交通流量可能相对较小，隧道的贯通可能会导致交通流量的增加，但是交通流量的增加过程很难提前准确预测，这就为特许经营建设的隧道投资带来风险，经验表明特许经营建设的隧道仅在以下条件下能实现：
  • 自然的阻隔巨大，隧道的建成有很大的吸引力（时间节约、服务水平、已经用过的服务、可靠的交通能力），即使隧道费用也无所谓；
  • 投资者(或股东)的投资参与，资金支持或直接建设投资参与活动或投资部分工程（譬如隧道的连接通道）；
  • 投资者确保的最小交通量，如果实际交通量不满足最小交通量，也按照合同的投资份额进行投资；
  • 合同条款中如果写明主要风险的分担条款，且实际风险超过合同中规定的风险界限或条件时，则会导致工程建设的投资模式存在风险；
  • 特别长的特许权：一般是70年或更长；
  • 投资方的投资保证。这些保证能够确保特许经营体能够确实在信贷或投资市场享受更多优惠条件，这可以使工程的投资计划的可行性得到保障。

d) 公私合营的模式及类似情况：

• 公私合营的情况也非常的广泛，由于可能的情况非常的多，很难制定一套普适的指导原则；
• 这种模式要求国营企业长期从事工程的投资工作。这种模式与传统模式相比，其优越性值得深入的分析。当然，这种模式对于全球工程投资的增加(伴随的是功能和品质要求的提高)功不可没，由于开发商假设的风险补偿。
• 行业监管机构必须制定隧道需要的功能，即质量、舒适性、安全、服务水平、时间跨度、利用率及处罚等方面的目标，应尽量防止任何的晦涩不清防止导致工程的重要的误解和隧道建设过程中的重复投资。

1.6. 规定-规程

许多国家都制定了隧道的规定，并制定了隧道相关的设计、施工、运营、养护、安全与救援服务的规程和指南。

关于隧道安全的条款，隶属于欧盟的国家要求，泛欧公路网络中超过500m的公路隧道的安全条款应该满足Directive 2004/54/CE，该规程规定了必须实施的最低安全标准。其他更多的欧洲国家，也遵守相关的国际惯例，即《国际公路危险货物运输协议》（ADR），其中就包括了与隧道工程相关的条款。每个成员国都根据欧洲的规定，制定了对应的国内法律。甚至一些国家的国内规定增加了新的更加严格的安全规定。欧盟成员国的公路隧道安全规定应遵守Directive 2004/54/CE，规程系统规定了泛欧公路网络中超过500m的隧道工程对安全措施的最低要求。

目前，有世界道路协会、世界隧道协会地下工程运营安全分会(ITA-COSUF)、世界隧道协会地下工程分会(ITA-AITES)合作颁布了一系列的隧道运营与安全方面的规定和规程，相关文献可以在世界隧道协会地下工程运营安全分会(ITA-COSUF - Publications)的网站上找的。虽然这些规程和规范不尽详尽，但是是37个国家和三个组织建立的国际性平台。

但是迄今为止，许多国家都没有隧道及安全方面的规范和规程，这是由于这些国家内部没有隧道工程。可以给这些国家提出以下建议，建议这些国家选择一个有较长隧道管理经验和完善的规范、规程的国家进行参考，而不必在多个国家的资料进行对比选择，否则可能导致无所适从。世界道路协会总结的这些规程，以及欧洲的European directive 2004/54/CE，都逐渐被作为国际性的规范作为参考。

1.7  复杂地下道路网路   

• 1.7.1 Introduction
• 1.7.2 Part A “Case Study”
• 1.7.3 Particular strategic challenges
• Multimedia Kit

This chapter consists of two main subsections:

• A summary of the report prepared by the working group 5: “Complex Underground Road Networks”, published during the 2015 congress in Seoul (see §1.7.1 and §1.7.2),
• An analysis of the particular strategic challenges relating to “Complex Underground Road Networks” (see §1.7.3). 

1.7.1   INTRODUCTION

“Complex Underground Road Networks” has been the subject under consideration by the PIARC Working Group 5 throughout the course of the 2012-2015 cycle. 

The working plan consists of two sections:

• Part A “Case Study”. This part reflects investigations carried out throughout the course of the 2012-2015 cycle. A report on this is available on the PIARC website: Complex Underground Road Networks: Part A – Case study. A summary of this report is presented in §1.7.2 below; 
• Part B “Specific Recommendations”. Studies and specific recommendations will be the focus of the 2016-2019 cycle and will be published in a second report at the end of the cycle. 

The terminology “Complex Underground Road Tunnels” covers the following infrastructure:

• A sequence of successive tunnels: examples include the analysis done on Prague, The Hague, Oslo and Tromsø;
• Multimodal tunnels: examples include the analysis done on The Hague and Lyon with shared usage between buses, pedestrians, bicycles and trams;
• Tunnels giving access to business and commercial centres (for public access and freight delivery): examples include the analysis done on Helsinki and Paris-La-Défense. These structures usually comprised a multitude of interfaces between numerous operators which represents a significant part of their complexity;
• Tunnels with a dual function as transit and access to underground car parks: examples include the analysis done on Annecy, Brussels and Tromsø;
• Tunnels with reduced vertical clearance: examples include the analysis done on Duplex A 86 in the Parisian region;
• Underground infrastructure with numerous entrances and exits, as well as underground interchanges. This category of tunnels network identified as the key example of “complex underground road tunnels” is the most important in the panel of analysis. 

All the structures share several similar characteristics:

• Their complexity,
• Their location - essentially in urban and suburban areas,
• Their numerous interfaces with other infrastructure or neighbouring networks to which they are connected, thus creating as many interactions between the operators of various infrastructure and networks. 

1.7.2  PART A “CASE STUDY”

1.7.2.1 OBJECTIVES AND METHODOLOGY

The objective of the case study was to identify structures of this type around the world, to summarise collected information, to analyse it and to establish a number of preliminary recommendations for owners, designers and operators. 

While this collection of information is not exhaustive and the summaries do not constitute a scientific database, it nevertheless contains pertinent and interesting findings. The collection of information was limited to the countries of origin of the Working Group 5 members, wherein the working group had active correspondents available to them. 

The general methodology has been the following:

• Drawing up a detailed questionnaire,
• Surveying through interviews with operators, owners and designers,
• Analysis of the information gathered during the investigation,
• Establishment of summaries,
• Writing up of preliminary recommendations.

At more than 600 pages, a significant volume of information was collected.  Therefore a direct publication of all information has been deemed unsuitable.  The working group decided to:

• Present an overview of the information,
• Establish a monographic sheet for each of the analysed structures (see §1.7.2.5).

1.7.2.2 TUNNELS INVESTIGATED

Twenty-seven (27) “tunnel complexes” were analysed. The list is provided in §1.7.2.5 below. Several “complexes” consist of two to four tunnels and the actual analysis reflects a total of 41 individual tunnels. 

The geographic distribution of structures analysed is shown in the graph below :

The European tunnels seem over-represented in the sample analysis. This stems, 

• from a greater precedence of structural planning of this nature in European territories, from a large necessary investment cost (limiting the number of countries that are able to bear the expense); 
• from the difficulty of collecting complete information from several countries (outside of Europe) that were initially identified. 

Particularly, investigations in Chile (Santiago), in Australia (Melbourne and Sydney) and a second project in South Korea were unfortunately unable to be completed by the production date of the current report. They will be the subject of future updates throughout the course of the next cycle during which supplemen-tary analysis from Germany, China, Japan, Singapore and the USA will also be considered. 

1.7.2.3 SUMMARY OF KEY INFORMATION

The key information outlined in the analysis focus on the following aspects:

• The ‘nominal length’: these lengths span from 400m to 16.4km;
• The overall length of each underground network: these lengths span from 1.1km to 32.8km;
• The year of commissioning: the oldest tunnel of the sample was opened in 1952; the most recent tunnels were put into service in 2014. Of the tunnels investigated, 73% have been put into operation during the last thirty years;
• Traffic volume: the three busiest tunnels have a traffic volume between 150 000 and 160 000 vehicles per day;
• The geographic location of the structures with regard to the number of inhabitants populating the urban area serviced by the tunnel(s);
• Methods of construction: 44% were constructed by cut and cover, 44% by drill and blast, and 12% by TBM or shielding or immersed tube;
• Minimum geometrical characteristics including horizontal and vertical alignment;
• Maximum gradients for ramps on an incline and slopes on a decline;
• The number of underground interchanges or entry and exit ramps: for example, two tunnel complexes consist of more than 40 entrances and exits;
• The lane width: these are in the range of 3.0m and 4.5m with two thirds of the structures having a lane width equal to 3.5m;
• The vertical clearance (free height): these are in the range of 2.0m and 4.8m;
• The lateral elements: emergency stopping bays, sidewalks;
• The speed limit, which is limited to 70 km/h in the majority of structures investigated;
• The nature of traffic: the majority of tunnels investigated prohibit heavy vehicle usage;
• Breakdown and accident rates;
• Annual number of fire incidents;
• The emergency exits and safety equipment;
• The ventilation system;
• The organisation of operations and maintenance.

1.7.2.4 PRELIMINARY RECOMMENDATIONS

As the outcome of this analysis, the working group established a number of preliminary recommendations. These recommendations will be the subject of detailed additional developments which will be published in Part B of the report at the end of the 2016-2019 cycle.

These preliminary recommendations, presented in Chapter 11 - Present Situation, Comments and Preliminary Recommendations of the report, deal with the following aspects:

Underground road networks are located mainly in urban areas, and their design (in particular their alignment) has several constraints.

Geometrical conditions which often contribute to traffic incidents, include: meandering curved alignment, insufficient visibility near the access and exit areas, insufficiently defined characteristics of merging or diverging lanes and, poorly designed exit ramp connections towards the surface road network leading to congestion in the main tunnel, etc. 

It is recommended that in preparing the alignment, the following be considered:

• Not to be limited by a simple geometric approach, linked only to underground and surface land constraints, 
• To implement an overall vision, particularly taking into account the land constraints, the initial traffic conditions, the envisaged evolution of traffic conditions, the operation and safety conditions, the geological, geotechnical and environmental context, as well as the construction methodology and all the other parameters that are specific to the project concerned (see § 1.7.3 below).

b - Cross-section

The investigations mentioned above show that 80% of analysed tunnels prohibit the transit of vehicles that weigh over 3.5 tonnes (or 12 tonnes, in some instances). However, the tunnel design does not take into account this restriction, and does not reconsider optimisation of the lane width as well as vertical height clearance. 

Investigations carried out on recent projects show that substantial savings (from 20% to 30% depending on the final design characteristics) can be obtained by choosing a reduced vertical height for tunnels that prohibit heavy vehicle usage. 

It is recommended that at the earliest stage for developing tunnel projects detailed studies be undertaken to consider and analyse the “function” of the tunnel, traffic conditions (volume and nature of vehicles), as well as the financial feasibility and financing methods. This should be done in such a way as to analyse the advantages of a cross-section with reduced geometric characteristics. This may facilitate the financial optimisation of the project without reducing the level of service or affecting the safety conditions.

c - Ventilation

Underground road networks are usually subjected to large traffic volumes. Traffic congestion is frequent, and the probability of a bottleneck developing within the network is high and recurring. As a result, the ventilation system has to be developed with a detailed analysis of the risks and dangers, taking into account the existence of bottlenecks.

A “pure” longitudinal ventilation system is rarely the appropriate sole response to all the safety requirements, especially in the scenario of a fire located upstream of congested traffic. A longitudinal ventilation system will cause smoke de-stratification downstream of the incident location.  This constitutes a danger for any tunnel user blocked or in slow moving downstream traffic. 

The addition of smoke extraction gallery or the choice of a transverse or semi-transverse ventilation system is often vital if no other realistic or feasible safety improvement measures can be put into place, and considered as efficient.

It is also necessary to implement equipment allowing the different network branches to operate inde-pendently of each other.  This will facilitate the control and the management of smoke propagation during a fire incident. 

The risks associated with the traffic of dangerous goods vehicles through a tunnel with a high urban traffic density must be carefully analysed. There are no ventilation systems capable of significantly reducing the effects of a dangerous goods large fire in such traffic conditions.

d - Firefighting

The necessary timeframe for response teams to arrive on site must be subjected to a detailed analysis under normal and peak hour traffic conditions. The objective is to determine whether or not it is necessary to install first line intervention facilities and resources in proximity of the tunnel portals.

The turnover of fire brigade staff is relatively high in urban areas and their interventions in tunnels are rela-tively rare. The high rate of turnover may lead to loss of specialist skills in tunnel intervention. Thus, it is essential to implement tools which allow continuous professional education and training of the teams. A virtual 3D model of the network, associated with simulation software, can provide pertinent, user-friendly and effective tools. 

e - Signage

It is fundamental to ensure clear visibility of the exit ramps and a clear legibility of signage, in order to reduce the risk of accidents where exit ramps diverge from the main carriageway. 

The locations of interchanges, entry and exit ramps, as well as the concept for signage should be analysed from the conceptual of alignment studies. 

f - Environment

In order to reduce atmospheric pollution, communities, stakeholders and residents often demand the installation of filtration devices for in-tunnel air before it is released into the atmosphere. 

This results in a decision to install filtration equipment which is rarely rational or technical, but in ad-hoc response to public pressure. Before any decision-making on this issue, it is, however, essential to:

• Carry out an analysis to provide an assessment of the expected actual efficiency with regard to air quality, and compare this to the estimation of investment costs and operational costs (especially energy and maintenance costs) in order to establish a rational and balanced projected report of the technical and financial situation;
• Take into account the progress of the car industry by allowing a reduction in emissions and vehicle pollution and thus limiting the concentration of pollutants. This reduction in pollutant concentration would, over time, lead to the decline in the effectiveness of installed air filtration devices;
• Analyse international experience and identify the reasons why many existing air treatment installations have been removed from service. 

g – Traffic conditions – Traffic management

The connections between exit ramps and the surface network must be equipped in a way which allows supervision and management of traffic in real time. This arrangement allows traffic congestion to be reduced inside the tunnel, and an improvement of safety should tunnel incidents require quick evacuation of users. 

h - Operation 

The coordination between operators of physically connected infrastructure is in general adequate. However, it is often essential to improve this coordination by clarifying the situation and role of each operator (particularly in the event of traffic congestion and fire incident) by defining common procedures and determining priorities between the different infrastructure parts and their traffic. 

1.7.2.5 MONOGRAPHS

Monographs have been established for each of the structures listed in the table below. They are accessible in the Multimedia Kit at the bottom of the page. The monographs of the structures highlighted in amber are in the process of being updated and will be online shortly. 

MULTIMEDIA KIT