摘 要：我国目前的公路隧道既没有安全等级划分又没有安全设施设计标准，设计者只能根据自己的经验和认识程度进行设计，运营安全隐患较多。提出了影响公路隧道安全等级的5个因素和4种关系。认为公路隧道安全等级的划分必须同时考虑隧道长度和交通量，隧道长度是一个基础分界指标，交通量是一个可变的动态指标。根据目前我国公路隧道建设的实际状况和技术水平，选取隧道的特征长度分别为0.5km、1.0km、3.0km、5.0km、10.0km，隧道的断面交通量按照高速公路的最低要求取为10000辆/d，将公路隧道安全等级从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个等级，并提出了进行公路隧道安全设施标准研究的基本思路和方法。
关键词：隧道工程 公路隧道 安全等级
中图分类号：U458 文献标识码：A
1 引 言
截止2004年底，我国已建成公路隧道2300多座，总长度超过1100 km。目前在建的长6km以上的隧道有9座，18.004km的陕西省秦岭终南山公路隧道、8.67km的湖北省龙潭隧道等竣工以后，我国的隧道建设技术水平将有更大提高。
为了规范和指导公路隧道的设计和施工，我国交通部先后颁布了《公路隧道设计规范》[1]、《公路隧道施工技术规范》[2]、《公路隧道通风照明设计规范》[3]，这些规范对公路隧道的建设质量以及正常运营，无疑提供了法律性的基本保障。但是，随着运营隧道和特长隧道的逐年增多，公路隧道的安全问题日显突出。已有规范中关于公路隧道的安全问题涉及不多，使得设计人员在设计中，要么安全设防过高，造成不必要的浪费，要么虽然有设防，但标准又不够，更有甚者是根本不设防，留下了事故隐患。国内外大量的公路隧道建设与运营实践表明，由各种安全原因引起的公路隧道交通事故屡见不鲜。如由于施工质量不好、隧道内支护结构塌落而造成交通阻断；隧道漏水引起路面湿滑或结冰，造成洞内撞车；隧道内发生火灾，造成人员伤亡和财产损失等。对这些安全问题的预防，虽然可通过设计、施工、运营各个环节来实现，但必须事先进行安全等级的研究，有了公路隧道安全等级标准，设计才能有据可依，安全设施的布设才能做到有的放矢。
2 我国公路隧道的安全等级
2.1 影响公路隧道安全等级的因素
公路隧道的安全等级，是指根据隧道在区域交通网中的重要性和灾害对隧道的危害程度，将公路隧道按一定的安全标准进行划分的等级制度。不同安全等级的公路隧道，其设施和防灾救灾对策也不同。因此，确定公路隧道的安全等级，是进行公路隧道设计和防灾救灾预案研究的基础性工作。影响公路隧道安全等级的因素如下。
1）基础因素。隧道技术标准（隧道长度、车道数、交通形式），隧道所在路网的位置，隧道沿线的社会、经济、人文、资源状况。
2）交通因素。交通量的大小、高峰交通量、近远期预测交通量、交通量增长的速率、运输货物的种类、危险品的比例等。
3）危害因素。隧道灾害的种类、不同灾害的频率、不同灾害的危害程度。
4）社会因素。司乘人员的安全意识与心理素质、社会治安与恐怖活动等。
5）其他因素。隧道的战略价值、军事打击的可能性、地震等。
除了以上影响因素外，还必须考虑到安全等级与安全成本间的关系，即进行安全风险评估。因此，在进行公路隧道安全等级划分时，应妥善处理好以下4种关系。
1）安全等级和隧道规模的关系。一般地，规模越大、长度越长的隧道，隧道灾害、特别是火灾对其危害性越大，因此对安全度的要求越高。
2）安全等级和隧道交通量的关系。隧道内交通量越大，运输货物种类越多，发生交通事故和火灾的几率就越大，其安全等级也就越高。
3）安全等级和社会经济的关系。隧道在社会、军事、经济建设中发挥的作用越大，发生灾害后带来的经济损失也越大，因此，其要求的安全等级也越高。
4）安全等级与设施的关系。隧道安全等级越高，用于安全设施的费用也越大。
2.2 我国公路隧道安全等级的划分
国外关于公路隧道安全问题的研究，已有几十年的历史，但先前都比较零散，近几年来才有系统研究。1999年，意大利的勃朗峰隧道和奥地利的陶恩隧道相继发生重大火灾，分别造成39人和13人死亡。2002年10月24日，瑞士圣哥达隧道发生火灾，死亡13人，直接经济损失130万瑞士法郎。之后，世界各国对隧道安全问题的研究愈发重视。如德国的Alfred Haack教授[4]﹑瑞士的Miroslav Matousek博士[7]）等，曾对欧洲20多座长、大公路隧道，从安全标准﹑安全度与承受力﹑设计﹑施工﹑运营等方面进行了详细研究，并按10个安全指标予以评分比较，提出了公路隧道安全的一系列标准。瑞士根据Miroslav Matousek博士的研究，准备正式出台国家公路隧道安全标准。欧洲的其他各国以及一些著名的工程公司，也先后制定了自己的隧道安全标准。
在公路隧道的诸多安全事故中，隧道火灾是危害最大的事故，且无法完全杜绝，只能是推迟和尽可能降低损失。为此，日本在研究公路隧道防火设施时，根据隧道的交通量和长度，将隧道划分为AA到D共5个防火设施技术等级[5]，见图1。
图1 日本公路隧道设置防火设施的区分等级
分析日本的隧道火灾安全等级划分可以看出，隧道长度分为500 m、1000 m、3000 m、10000 m四个长度分级点，而单洞交通量按照4000辆/d控制。这种划分虽然考虑到隧道的长度和交通量，但对于本身交通量很低的特长隧道（如挪威的Laerdal隧道，长度24.514km，但日交通量仅有1000辆左右），或刚建成通车、交通量还不饱满的特长隧道，其安全要求显然不能和交通量很高时同样对待。因此，公路隧道安全等级的划分必须同时考虑隧道长度和交通量，其中隧道长度是一个基础分界指标，而交通量是一个可变的动态指标。
根据目前我国公路隧道建设的实际状况和技术水平，把隧道的特征长度取为0.5km、1.0km、3.0km、5.0km、10.0km，隧道的断面交通量按照高速公路的最低要求取为10000辆/d，把公路隧道安全等级从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个等级，见图2。图2中不同安全等级区域划分的函数F定义为
F=N·L (1)
式中: N为隧道断面交通量，辆/d；L为隧道长度，m；F为等级判别函数，m·辆/d。
对应于图中不同的等级区域，其值分别为
Ⅰ级 F≥1×108 m·辆/d
Ⅱ级 1×108 m·辆/d>F≥5×107 m·辆/d
Ⅲ级 5×107 m·辆/d>F≥3×107 m·辆/d
Ⅳ级 3×107 m·辆/d>F≥1×107 m·辆/d
Ⅴ级 F<1×107 m·辆/d
图2中，隧道长度只是一个等级划分的基础，而交通量的大小起着决定性的作用。如某隧道，虽然长度可能超过10.0km，但如果交通量不足1000辆/d，那么它的安全等级只能是Ⅴ级。如果某一个隧道长度不到1.0km，但交通量高达50 000辆/d，那么它的安全等级应该划定为Ⅰ级。又如某一个隧道虽然很长，开通之初如果交通量不大，安全等级可以定的低一些，随着后续交通量的上升，安全等级必须相应提高（这里是指那些可以分步实施的安全措施）。因此可以看到，这里给出的公路隧道安全等级划分更为科学合理。
图2 我国公路隧道的安全等级
3 公路隧道安全标准的研究
3.1 公路隧道安全标准研究的流程
图2只是建议我国公路隧道安全的一个等级划分，对应于这个安全等级进行公路隧道安全设施标准的研究，将是一个复杂的工程，要考虑的因素和研究的内容很多，目前的困难是我国还没有统一的公路隧道安全设施标准。国内刚刚通过的《公路工程安全标准》[6]涉及到的隧道部分不仅内容太少，而且深度远远不够。然而，制定公路隧道安全设施标准牵涉面又很广，需要进行大量事故调查、理论研究和实验。图3给出了以公路隧道火灾为例的公路隧道安全设施标准研究的流程。
图3 公路隧道安全设施标准研究流程
3.2 公路隧道安全标准研究的方法
公路隧道安全标准的研究方法主要有调查研究的方法、概率分析的方法、数值模拟的方法、物理试验的方法、风险评估的方法、经济对比的方法等。通过对大量的公路隧道灾害的调研、理论分析、数值模拟、物理试验等，给出公路隧道灾害的种类、不同灾害的发生概率、不同灾害的危害程度、隧道的风险系数等，并结合隧道的规模和交通量确定隧道的安全等级，进而在安全等级的基础上研究隧道的安全设施标准。有了隧道的安全等级和设计标准，就可按照给出的等级和标准进行隧道安全设计，提出为预防灾害发生所需要的硬件设施、软件设施和管理机构和规章制度。
4 结 论
公路隧道灾害时有发生，其中火灾是危害最大的隧道事故。本文在同时考虑隧道长度和交通量的基础上，把我国的公路隧道划分为5个安全等级，为进一步科学合理地进行公路隧道消防与安全设计奠定了理论基础。
