打造断裂带中的无忧走廊——二郎山隧道的运营与养护
随着国民经济和社会的发展，高速公路网愈加庞大，隧道具有其他构造物无法比拟的优势。就我国隧道工程现状而言，隧道里程总数持续上升，特长隧道、长大隧道及隧道群不断涌现，以隧道方式跨越山岭、水域的工程日益增加。
在我国西部高原地区，尤其是川藏和青藏等地，公路建设正在迅速扩展。与平原地区公路隧道相比，该地区的公路隧道具有典型的高海拔寒区的特征，由于其特殊的气候环境，给隧道的运营与养护均带来了巨大的困难和挑战。
运营及养护难点
隧道环境易诱发事故
众所周知，汽车尾气中含有很多有害成分，严重影响了隧道内的空气质量，更对人的健康构成了威胁。在较为特殊的高海拔地区公路隧道内，由于海拔的不断升高，空气中氧含量迅速减少，柴油车空燃比也随之下降，车辆的碳烟排放量将会大为增加，汽油车的一氧化碳排放量也会有所上升。同时，在高海拔地区，人体对一氧化碳的抵抗能力会降低。因此，在高海拔地区，隧道通风系统需要考虑因海拔高而导致一氧化碳增加的影响。
从心理上讲，驾驶人操作车辆过程中，当前方突然出现一座横在路中的较大物体时，视觉线索连续性会消失，影响驾驶人对路线整体走势的判断，产生一种“阻断感”，进而会造成驾驶人心理上的紧张、恐惧感。受环境限制，驾驶人在进入隧道时，视觉上会产生“黑洞效应”。驾驶人在适应黑洞效应时，汽车将会在隧道中行驶很长的一段距离，有可能导致汽车与汽车或与隧道壁相撞。此外，隧道空间相对封闭，驾驶人视野被控制在一个管状空间内，再加上环境极其单调，更易引起驾驶人的视觉疲劳。当驾驶人的视野连贯性受到外界环境阻隔，心理上需要一个视野补偿。这种视野连贯性如果不能及时在隧道内得到补偿，则自然会将目标锁定在隧道外，容易产生逃逸心理，下意识地提高车速以满足视野连贯性的需要，容易导致违章超速，甚至超车进而诱发事故。并且隧道越长，上述这种情况则越明显。
应急救援处置难度大
隧道的密闭性构造空间，使其在救灾方面有别于开放性路面。公路长隧道事故一般具有以下特点：
1.状况不明。虽然事故初期可以通过侦测设备了解初步的灾害信息，但随着时间推移，部分侦测设备可能遭受损坏或丧失功能，致使外界救援人员无法完整掌握现场的灾情。
2.成灾时间短，救援急迫。隧道内一旦起火，由于热动力效应，温度和烟尘会迅速传播。汽车轮胎、油箱燃油均是易燃品，也会加大燃烧的猛烈程度。机械排烟设施启动后，高温烟气流动加快，也给火势蔓延提供条件，进而可能出现火势从一辆车扩展到另一辆车的“跳跃式”蔓延现象。根据试验，隧道内失火成灾的时间一般为5～10分钟，最佳救援时间不超过15分钟，救援十分紧迫。
3.浓烟大、温度高。由于隧道空间近似密闭，燃烧所产生烟雾不易散发而迅速蔓延，大量浓烟容易遮蔽监测设备，使其无法发挥监控功能；隧道内新鲜空气供给不足，容易导致人员缺氧窒息。
4.疏散困难。隧道发生火灾时,主要依靠事故照明和疏散指示标志来保证安全疏散,但由于烟雾浓度大,能见度低(即使使用排烟设备,也无法及时排尽),加之车辆、隧道壁上分布的电缆架、消防箱等障碍物较多,惊慌失措的逃难者容易因无法辨别方向而乱冲乱撞,严重影响疏散速度；加之隧道横断面小,应急出口少,不少高速公路隧道只能从两端进出,不仅人员难以疏散,物资疏散也极其困难。
5.救灾难度颇大。隧道的特殊构造使救灾人员缺乏多方位的救援道路，难以接近火点施救，且无法同时容纳大量人员及器材设备进入隧道内部，限制了救灾设备的操作空间。而且公路隧道大多远离城市，水源缺乏，后勤保障困难，灭火条件有限。双向交通隧道、特长隧道内容易出现灭火救援路线与疏散路线、烟气流动路线交叉，救援面和救援途径有限，消防车和救护车亦无法迅速到达现场。
特长隧道运维技术措施
隧道工程监控控制平台建设
雅康高速二郎山隧道，穿越二郎山，全长13459米，在全国在建及通车的公路隧道中长度排在第四位，也是我国高海拔地区最长的高速公路隧道。它连接雅安市天全县和甘孜州泸定县，是成都平原进入甘孜西藏第一座高速公路特长隧道，被誉为“川藏第一隧”。新二郎山隧道穿越多条区域性断裂带，存在断层破碎带、岩爆、瓦斯、大变形、高压突泥突水等不良地质灾害。
根据二郎山隧道实际需求调研情况的整理和分析，建立对应的隧道监控系统。整个监控系统主要分为日常管理和应急联动处置两大部分。日常管理中，照明、通风、视频、机电控制等功能将作为整个系统的基础；而对于突发事件则会启动应急联动处置功能，其底层由设备报警及控制和视频监控两大部分构成，提供业务逻辑及应用服务的支撑。
1.通风控制
通风检测控制是探明复杂交通流情况下的隧道群洞内有害气体分布规律、洞间窜流与积聚特征，在适时检测隧道内一氧化碳、风速风向等参数的基础上，将数据上传至隧道控制室通风控制模块，计算机将以检测到的环境参数（一氧化碳、风速风向等）为依据，创建了基于交通流预测的隧道群前馈式通风控制技术，有效防止烟雾及有毒有害气体在隧道群内的异常积聚。该技术与监控系统对接，有效保障了隧道群内车辆行驶安全，并显著降低通风能耗。同时，通过建立火灾通风网络模型及火灾烟气阻力解算，可以得出不同火灾情况下救灾通风方案。
图1 火灾通风网络模型
二郎山隧道救灾通风需风量计算结果，如图2所示。
图2 隧道救灾通风需风量数值示意图
2. 照明控制
隧道照明控制依据所检测到的隧道内外光强数据、交通量变化，以及白天、黑夜等不同情况，控制隧道的照明系统模块，进而调节照明，保证行车的安全。并在满足照明要求的情况下，达到自动节能运行的目的。同时，该模块还肩负洞内照明以及照明控制设备状况监视的功能。
在隧道入口的灯杆照明以及洞门景观照明，加强夜间隧道外场提示，起到“亮头”作用；在隧道内墙体外缘，强化隧道轮廓显示，起到“亮面”作用；在洞内中段，首次使用隧道智能动态视觉照明景观系统（如图3），在心理上满足驾驶员视野补偿，有效缓解驾驶疲劳，防止事故发生。检修车道原有的被动反光轮廓标改为主动式LED闪光灯，并加装蓄电池，在停电后仍可持续使用24小时以上，确保车道轮廓清晰，起到“亮身”作用，以保障行车安全。
图3 隧道智能动态视觉照明景观系统
3. 机电控制
对于机电设备不在线状态，可进行提前报警，便于维修人员迅速进行维修，保障设备运行；针对消防设备进行消防安全监控，包括隧道消防柜状态、隧道高位消防水池液位监测及缺水报警、消防水阀压力监测及异常报警、横通道门开启状态监测。
4. 应急联动控制
应急联动控制模块主要用于隧道群内处于正常交通状态及针对交通事故、火灾以及施工等特殊情况时的交通控制。该系统可通过车辆检测器、火灾报警系统、紧急电话系统、闭路电视系统、隧道环境监测系统等载体,将报警信息传输到智慧交通平台,快速定位事故地点,并将报警视频画面切换上墙。其后,监控员可实时利用监控中心计算机,按照一定的计算模式进行分析、判断和决策,并将最终决策结果和命令通过通信系统传输到现场相关设备,调节和控制隧道内交通状况，保证隧道的通行畅通及安全。应急联动方案可分为拥挤状态应急方案和交通事故状态下的应急施救方案。在隧道发生交通事故后,需根据现场的实际情况,参照隧道事故处置预案执行流程确定最终救援方案。
图4 应急联动控制系统
其他技术措施
1. 增设加宽和新型转换车道
转换交通道为双车道。主洞段设置为大断面景观带。在主洞的基础上，左、右侧各加宽3.5米，右侧兼作紧急停车带，为运营安全管理以及四川频繁发生的地震灾害预留抗震变形及补强空间，保证隧道有效的建筑限界。
2.利用永临结合便道进行交通疏导
雅康高速桥隧比高，将遗留的施工便道加以利用。当突发事件发生时，滞留在高速主线的车辆可通过施工便道驶离高速，缓解隧道内车辆拥堵状况。
3.增设警示
增设警示提示系统，提前告知、警示洞内行车信息。如洞内风速、风向装置；隧道进口完善护栏“贴壁进洞”，消除隧道入口车辆碰撞墙壁的安全隐患。端洞区域增设标有洞口距离信息的反光标志。
针对高海拔特长隧道所遇到的一系列难题，我国的隧道工作者进行了诸多研究，收获许多技术成果，并且在实际的隧道工程建设中得以验证和应用。然而，我国高海拔特长隧道的运营措施和养护技术尚处于起步阶段，仍有大量的难题亟需攻克。二郎山隧道研究成果和经验，可为高海拔隧道的运营技术的发展完善提供参考。
本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志
2021年 第1期 总第13期
作者 / 吴斌 李世佳
作者单位 / 四川雅康高速公路有限责任公司
编辑 / 陈晖
美编 / 赵雯
责编 / 裴小吟
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲