悬浮隧道交通结构及安全因素探析

悬浮隧道交通结构及安全因素探析

1、引言

悬浮隧道（英文Submerged Floating Tunnel ，简称“SFT”），又称阿基米德桥，是一种跨越海峡、江河湖泊、水道的结构物。它一般由浸没在水中一定深度的管状结构、防止过大位移的锚固系统以及近岸连接的构筑物组成[1-7]，通过结构自重、水的浮力及锚固力等作用，使其悬浮在水中适当的深度。悬浮隧道作为大型的跨水域生命线，对当地的政治、经济、国防等都具有重要的意义，因此悬浮隧道的设计应该符合安全可靠、技术先进、适用耐久、经济合理的原则，同时还应满足舒适美观、环境保护和可持续发展的要求。悬浮隧道的使用寿命一般100年，因此对建筑材料提出了特殊的要求，来保证隧道的安全性。主要材料混凝土应具有耐久性、水密性及韧性。而混凝土管的水密性，在使用极限状态下应达到避免开裂的水平，为此应采用预应力加以保证。同样地对检查、维修管理也要慎重考虑。

2、悬浮隧道的主要特点

悬浮隧道同传统桥梁、沉管隧道以及海底隧道等固定跨海通道相比，具有如下特点：

（1）水中悬浮隧道受自然环境的影响小，不怕遭受台风的袭击，大雾天气也不必中断交通，可以24h运营，因而水中悬浮隧道能有效地缓解地面交通堵塞，确保交通的畅通。

（2）水中悬浮隧道的建设并不会破坏建造地点的周围环境景观，对结构物周围的环境影响小，更有利于保护环境，更能体现人与自然和谐相处的新的工程理念，并非人定胜天的观念。

（3）根据1989年国际海洋组织会议的认可，水中悬浮隧道的顶部放置在距水面30m及以下[8-10]，则不影响船舶正常安全地通过海峡。

（4）在水域较深较宽的地段，采用水中悬浮隧道比桥梁、海底隧道及沉管隧道更能缩短连接通道的建设长度，这对于在大幅度减少深海隧道工程造价方面具有吸引力和竞争力。

（5）水中悬浮隧道的坡度较为平缓，可以减少线路运行长度，节省能耗，同时可以将车辆排放出来的废气收集起来，集中处理，减少环境污染。

这些特点使悬浮隧道为那些由于环境的限制传统跨越方式难以实现的水域的跨越提供了一种可能。对于宽且深且自然环境恶劣的水域，传统的跨越方式（如悬索桥、斜拉桥和浮桥以及沉管隧道、水底隧道等）的工程造价和交通运输成本都随跨越宽度和深度的增加而急剧增加。对于SFT，随着水域的宽度和深度的增加，单位长度造价增加并不显著，这使SFT在未来的应用具有竞争力。

3、悬浮隧道安全因素

3.1悬浮隧道的防火

悬浮隧道内一旦发生火灾，往往有着比公路隧道更严重的后果。据了解，悬浮隧道一旦发生火灾，对人体威胁最大的是烟雾。浓密的烟雾会造成人员伤亡。此外，较之公路隧道，悬浮隧道火灾发生后具有更加难以修复的特点。悬浮隧道引起火灾的原因主要有：①悬浮隧道本身的原因，例如悬浮隧道内电气设备发生故障引发的火灾。②车辆方面的原因：1）车辆本身引起的火灾。发生火灾的原因一般有以下几种：电器线路故障起火、汽化器起火、气动系统起火。2）车辆交通事故引发的火灾。隧道较为狭窄，可能会造成交通事故。3）载有易燃危险品的车辆通行容易引发火灾事故及爆炸事件。悬浮隧道一旦发生火灾，具有经济损失大，人员伤亡多，排烟排雾能力差，火灾探测和救援疏散困难等特点。

悬浮隧道消防设计应遵循“以防为主，消防结合”的原则。应该完善隧道消防检测和报警系统并对过往车辆进行安全检查，禁止载有危险易燃易爆物品的车辆通行，如该车辆却有通行必要，应进行申请并与其他通行车辆分开通行。

3.2悬浮隧道的通风

悬浮隧道中车辆的运行会排放大量的废气，造成隧道内空气的污染。这些废气中含有大量的对人体有害的固体悬浮颗粒、一氧化氮等氮氧化物。当这些有害气体浓度积累过高时，会引起隧道内人员中毒。悬浮隧道内发生火灾后产生的大量烟雾是造成悬浮隧道内环境质量恶化、人员

死亡的重要原因。为了保证悬浮隧道内空气状况和快速消散火灾后产生的烟雾，有效地通风装置是十分必要的。

借鉴沉管隧道和海底隧道的经验，悬浮隧道可以考虑以下几种通风方式：全横向通风方式、半横向通风方式和纵向通风方式。横向式通风方案特点是在隧道横向方向流动，一般不发生纵向流动。半横向式通风方案的特点是隧道内空气经过风道在隧道上部流动，经过两边洞口排出。纵向式通风方案是指从一个洞口输进新鲜空气，从里一个空口排除隧道内有害气体。一般情况下，双洞单向型隧道一般采用纵向通风方案。该方案前期工程量小，运营费用较低，并且选择方式可以灵活多变。我国公路隧道一般采用纵向通风方案。

4、结语

本文简要介绍了悬浮隧道的概念、发展、特点、以及对其安全性的一些考虑。悬浮隧道的安全性主要考虑防火、通风、防水、防撞。SFT 作为新兴事物，目前尚未得到社会各阶层的普遍认可。这是因为：①悬浮在水中易使人产生不安全感；②海洋环境恶劣，SFT结构长细比大，一些关键工程力学问题及施工技术没有解决。随着社会、科技的发展，相信不久的将来SFT必将出現，成为基础交通设施的重要组成部分。

参考文献（References）

[1] 项贻强，薛静平.悬浮隧道在国内外的研究.中外公路. 2002，22（6）：49～52

[2] 兰利敏，李静华.水下悬浮隧道谁将是第一个成功者.世界隧道.1997，（4）：47～52