摘 要：深中通道是国家“十三五”重大工程和《珠三角规划纲要》确定建设的重大交通基础设施项目，是粤东通往粤西乃至大西南的便捷通道。因其所在地理位置、气候条件、经济发展、工程组成等因素，导致项目需要克服众多技术难点。本文从深中通道的技术难点出发，制定了深中通道运营安全保障及应急救援的体系框架，基于框架提出并分析了“危险货物运输安全及超限车辆通行安全管理”、“沉管隧道通风、消防及防灾救援”、“岛桥隧跨海集群工程交通安全与运行管控”、“岛桥隧跨海集群工程应急救援”四项关键技术，有助于实现深中通道的安全和舒适运营。
关键词：深中通道;运营安全;防灾救援;
基金：国家重点研发计划课题(2018YFC0809603);深圳至中山跨江通道工程运营安全保障及防灾救援关键技术研究;
近年来，随着我国经济实力的增强，以及公路、铁路、市政工程基础设施的大量建设，给隧道工程的发展带来了前所未有的机遇。我国已建成了多条水下隧道，但跨海隧道的数量并不多，并且主要分布在港澳台地区，而内地建成的水下隧道大都是跨越江河的，主要集中在上海、南京、武汉及厦门等地，如我国大陆建设的第一条跨海隧道———厦门翔安海底隧道、广州生物岛———大学城隧道、琼州海峡跨海工程、大连湾水下隧道、胶州湾湾口海底隧道和杭州湾外海工程等。据不完全统计，国外在近百年来的时间里已建造了超过百座的跨海和海峡交通隧道，其中挪威的海底隧道建造居多。国外著名的跨海隧道有:英吉利海峡隧道、丹麦斯特贝尔海峡隧道、日本清函海峡隧道、日本东京湾水下隧道、挪威莱尔多隧道等。
沉埋管段法(简称沉管法)是上世纪第二十年代初发展起来的，一个新的水下隧道施工方法，自世界上第一座沉管隧道由美国于1894年在波士顿修建以来，目前世界已建成超过百座的沉管隧道。珠江沉管隧道于1993年建成，是第一天由我国独立完成设计与施工的沉管隧道，开启了我国沉管隧道的新篇章。上海外环越江沉管隧道、港珠澳大桥海底沉管隧道、广州珠江水下隧道，以及本文的研究对象深中通道，都属于沉管隧道。
1 深中通道概况深圳至中山跨江通道(简称深中通道)北距虎门大桥约30km，南距港珠澳大桥约38km。项目起于深圳市宝安区广(州)深(圳)沿江高速公路机场互通立交，通过广(州)深(圳)沿江高速公路支线工程与深圳机(场)荷(坳)高速公路对接，在深圳机场南侧向西跨越珠江口，在中山市马鞍岛登陆，终于横门互通，与规划建设的中(山)开(平)高速公路对接，并通过中山东部外环高速及江(门)中(山)高速公路延长线连接江(门)中(山)高速公路。
项目路线全长约24km，跨海长度22.39km，马鞍岛陆域段长度1.64km。具体路线起于深圳侧东人工岛，以长约6.8km特长隧道下穿大铲水道、机场支航道、矾石水道，通过在中滩设置西人工岛实现隧桥转换，以特大跨径桥梁跨越伶仃航道及横门东水道，马鞍岛陆域段采用桥梁方案。全线设置机场互通、万顷沙互通和横门互通共3处互通，设综合管理区1处、养护救援区1处。
项目采用设计速度100km/h的双向八车道高速公路技术标准，桥梁宽度40.5m，隧道净宽2×18.5m;沥青混凝土路面;桥涵设计汽车荷载等级为公路I级。
在“一带一路”建设的国家战略，完善国家高速公路网络和珠三角地区综合交通运输体系，实现珠三角东西两岸产业互联以及各类要素的高效配置的背景下，深中通道的建设对于促进珠三角一体化进程、加快全省转型升级、增强发展后劲具有重要的战略意义，具有迫切的必要性。
2 深中通道项目技术难点2.1 项目建设地区条件复杂深中通道项目位于珠江三角洲东四口门出海口的河口湾，处于珠江口核心区域，受到水运、防洪、水利、机场航空限高、环境、海事安全、地质及水文等多因素制约，涉及行业众多，建设条件异常复杂，工程规模宏大，技术难度大。
同时，项目建设地区位于伶仃洋跨江临海水域，北靠亚洲大陆，南临热带海洋，属南亚热带海洋性季风气候区。该区域经常出现海雾、暴雨、台风、低温甚至路面结冰等恶劣天气，对深中通道的运营与安全均会产生显著影响。
2.2 项目建设技术要求高深中通道项目的构成以隧道和特大桥为主，采用东隧西桥的线位方案。隧道长度达7058m，采用双向八车道技术标准，断面宽度达到47.2m，特别是在深圳侧机场立交匝道汇入主线隧道，主线隧道由双向八车道变宽至双向十二车道。作为复合式枢纽交通与海底隧道相接线性组合，深中通道具有超长超宽且变宽海底沉管隧道、水下互通立交与主线隧道多次分合流、桥隧转换长纵坡等特点，整体结构非常复杂。因而在隧道结构体系，结构形式，通风与防灾救援等方面均面临较大的技术挑战。
2.3 项目远景年交通量巨大且大型货车比例高，危险货物运输安全问题突出根据交通调查资料，深中通道项目远景年交通量可超9万pcu/d，且项目通车后即刻达到高交通量水平，没有缓增过渡期;项目地处珠三角经济带，货运需求高，使得通道内货车的比例接近50%。其中危险品运输尤其值得注意。广东省是危化品大省，危险化学品生产、储存、使用、经营企业数量较大。随着工业化、城镇化进程加快，经济增长迅速，危险化学品运输量逐年增大，介质品类多、危险程度高，过境危险化学品运输车辆流量大。高速主线不设收费站，存在危化品和超限车进入主线的可能。一旦发生泄漏，在隧道环境中极易导致扩散造成更大的财产损失和人员伤亡，尤其是毒性气体泄漏、易燃易爆货物燃烧、剧毒及强腐蚀货物泄漏对水体的污染和基础设施的破坏等，对通道本身造成极大的破坏。因而在大交通量，货车比例高以及危险品运输等显著特点的情况下，交通安全与运行管控技术极为关键。
2.4 运营安全及防灾救援面临挑战深中通道岛桥隧环境交通封闭，不利于与周边沟通及应急资源的保障。一旦发生突发事件，特别是涉及到危险货物的突发事件，应急响应及救援难度很大。因此安全运营，突发事件应急预案，防灾救援对保障深中通道岛桥隧车辆运行安全，及时科学、合理的启动应急预案，顺利、安全开展应急救援工作十分必要。
3 深中通道运营安全保障及应急救援体系框架针对上述技术难点，结合深中通道工程项目特点以及应急救援中的核心需求，制订深中通道应有的运营安全保障及应急救援的体系框架。
首先，整体而言确保深中通道运营安全的体系包含由大及小的若干层次，包括综合运输/立体交通层次、区域道路网络层次、深中通道层次，以及深中通道中地下互通、隧道、桥梁等不同区段的层次，如图1所示。
图1 深中通道安全保障及应急救援体系的层次 下载原图
考虑到专业门类的划分，图1中的阴影部分，即区域道路网络、深中通道以及通道各特定区段是本次项目所涉及的层次。
在每一个层次中，均存在运营安保与应急救援方面的关键需求，对层次的需求加以梳理，则可形成深中通道安保与应急救援的框架体系，如图2所示。图中，虚线框内是本项目不涉及的空中与水上安保与应急救援部分。
4 深中通道运营安全保障及防灾救援关键技术依据工程背景及主要技术特点，将上述“深中通道运营安全保障与应急救援保障体系框架”根据内在的逻辑关联进行梳理和归类，本着“安全第一、以人为本”的建设理念，深入了解项目在运营安全方面的需求及面临挑战，确定关键技术问题及相应对策措施，精细化分工作进度，确立研究质量及进度保障机制，并妥善安排后续服务，形成完整、明确、可靠的研究体系，以实现安全和舒适运营，将深中通道打造为平安、智慧之路。
图2 深中通道运营安全保障与应急救援体系框架 下载原图
为了达到上述目标，本文从“危险货物运输安全及超限车辆通行安全管理”，“沉管隧道通风、消防及防灾救援”，“岛桥隧跨海集群工程交通安全与运行管控”，“岛桥隧跨海集群工程应急救援”四方面关键技术进行阐述。
4.1 危险货物运输安全及超限车辆通行安全管理关键技术构建科学、全面、高效的运营安全管理体系是贯彻预防为主的安全管理观念、持续改进的管理方式以及规范化的管理思想的重要保障。深中通道危险货物运输安全及超限车辆通行安全管理体系研究，是确保今后安全运营的重要前提，具有重要的社会、经济和环境意义。借鉴国外在隧道危险货物运输车辆通行管理经验，以既要保证隧道通行安全，又要发挥深中通道在促进区域经济社会发展中的重要作用为出发点，对危险货物运输风险进行评估，评估深中通道危险货物运输车辆通行可行性，在此基础上，综合考虑隧道管控和应急能力、绕行路线经济性等因素，提出深中通道危险货物运输车辆禁止通行隧道的管控政策和措施。
4.2 深中通道沉管隧道通风、消防及防灾救援关键技术随着我国高速公路建设的飞速发展，长大公路隧道及隧道群日益增多，发生在隧道中的火灾威胁日益凸显，因此防灾(特别是防火灾)问题显得尤为突出。近年来发生在勃朗峰隧道、陶恩隧道、丹麦海底隧道、英法海峡隧道和圣哥达隧道的火灾事故表明许多时候隧道火灾强度远远超乎人们的想象。隧道火灾常常以造成大量的人员伤亡和严重的财产损失为结局，同时还会使隧道设施遭到严重破坏，并导致长时间的道路交通中断，造成无法估计的经济损失。
因此，建立的沉管隧道火灾通风综合试验平台，以海底沉管隧道为直接研究对象，研究特长沉管隧道典型的火灾的发生规律和特性、以及成灾后果与机制，建立包含防火灾技术、通风排烟联动控制技术以及防灾救援技术体系，有助于促进我国特长沉管隧道通风、消防及防灾救援技术的持续进步。
4.3 岛桥隧跨海集群工程交通安全与运行管控技术(1)基于视觉感知的隧道出入口减光技术
深中通道的构成以特长隧道和特大桥为主，对照明安全保障的需求很高，考虑到通道所处区域的视野环境和气候特点，人工照明设计、运营的有效性和合理性对于保障交通运输的安全高效有着重要的意义。因此应立足深中通道的结构、线型和交通流特点，结合通道外部光照环境，以驾驶人员的视觉感知为出发点，对隧道、桥梁和人工岛的照明系统进行优化，重点改善超宽公路隧道照明质量和隧道内外日间光环境过渡，以及采用岛桥隧一体化低位照明技术提升深中通道照明安全性和功能性水平。
(2)深中通道智能交通管控技术
日常管控和事件条件下管控是深中通道智慧交通管控的重点。日常管控包括车道管理及速度控制，主要保障深中通道日常运营过程中的运行安全及通行效率;事件智慧应急主要保障事件发生后深中通道的快速救援及分流疏散，提高应急救援效率;除此之外，高效的风险预警是在应用于常规管控、服务于事件条件下的重要环节，动态风险评估则是实现风险预警的技术手段。因此，深中通道智能交通管控技术应从车道管理、速度控制、动态风险评估、智慧应急四个技术点进行攻关，实现深中通道常规管控、风险预警及事件应急三个层面的智慧交通管控，最终实现常规、事前、事中的全链条管控。
(3)深中通道交通诱导设施设置技术
考虑驾驶员换道行为与交通流组成的交通标志设置有效性评价模型。交通标志设置有效性评价技术是进行指路标志科学布设的前提和基础，结合驾驶员感知、道路环境属性、交通量及交通组成等三方面要素，构建交通标志、标线设置有效性评价模型，为最优方案的选取提供技术支持。
(4)恶劣气象条件下行车安全管控技术
(1)应考虑恶劣气象条件下的行车安全需求，研制低能见度路段分车道地磁诱导设施，利用安装在公路两侧及车道线上的多组地磁诱导单元进行智能联动，提高在途车辆的安全预视距离，并对驶入区域内的车辆进行警示，防止车辆追尾，可有效的预防低能见度下的追尾事故。
(2)针对深中通道的暴雨、台风、海雾、热带风暴等极端恶劣天气，提出沿线气象监测设施优化布设建议，对深中通道区内不同气象灾害条件进行风险等级划分，形成不同气象灾害条件下的速度限速值确定方法、信息联动发布模式及交通组织方案，为深中通道运营管理部门提供辅助决策支持。
(5)特长隧道基于视音频的先进交通监控与事件侦测专项技术
(1)视频数据分析的事件侦测技术:针对隧道内光照不均匀，干扰因素较多等问题，研究关键的图像处理算法，如背景建模、运动前景提取、目标跟踪、特殊目标检测等;研究多摄像机数据协同关联，关键特征提取、匹配以及图像融合算法，实现特长隧道监控录相的视频融合。
(2)音频数据的关键事件识别技术:声音识别技术在交通领域中的应用，包括关键事件音频数据库，关键事件音频信号特征分析与提取技术，以及基于音频特征的关键事件检测技术。
4.4 岛桥隧跨海集群工程应急救援关键技术(1)救援资源配置及调度优化技术。
建立考虑物资急需程度的救援资源优化配置模型，根据突发事件调查统计结果确定事故需要的资源类型及急需程度。根据通道规划情况及周边路网设施分布情况，确定救援资源储存点的位置及其资源配置方案，并以优化的救援时间和救援成本为目标，研究救援资源的优化调度模型，结合通道实际情况确定优化的调度方案。
(2)一体化联动救援系统。
有效梳理通道运营方针对危险货物运输突发时间应急响应与处置的流程，明确管理部门及运营方职责范围，形成与通道两岸管理部门有序合作的一体化联动救援系统。
(3)急预案演练仿真技术
构建深中通道岛桥隧、应急资源分布位置等三维模型。构建应急资源、人员、车辆、突发事件等智能体，构建应急预案实施逻辑关系，设计检验参数，形成应急资源及应急预案实施过程仿真模型。选定2～3种较为常发严重的突发事件，对应急预案实施情况应用仿真模型进行推演，评估应急预案中的设置原则、要求、参数等内容。按照突发事件发生的可能性、严重性及应急预案仿真结果，提出深中通道突发事件应急预案与应急资源完善建议。
5 结语综合应用危险货物运输安全及超限车辆通行安全管理体系、沉管隧道通风、消防及防灾救援技术、岛桥隧跨海集群工程交通安全与运行管控技术、岛桥隧跨海集群工程应急救援关键技术，形成深中通道运营安全保障及防灾救援关键技术，能有效解决深中通道运营安全管控及防灾的关键问题，有助于将深中通道打造为平安、智慧之路。
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