彭文波 盧楊路 王立宏

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

廣樂(lè)高速公路隧道設(shè)計(jì)探討

彭文波 盧楊路 王立宏

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

結(jié)合廣樂(lè)高速公路隧道多、里程長(zhǎng)、地質(zhì)地形復(fù)雜、環(huán)保要求高的特點(diǎn)，對(duì)大型高速公路項(xiàng)目隧道設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，主要包括隧道總體設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)措施，并提到了隧道設(shè)計(jì)方面的不足之處，以期為以后公路隧道設(shè)計(jì)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

高速公路，隧道，設(shè)計(jì)

1 概述

廣樂(lè)高速公路全線(xiàn)共設(shè)28座隧道，總長(zhǎng)35.7 km，分為100 km/h 和120 km/h雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，隧道開(kāi)挖斷面面積大，扁平率小，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。隧道圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖、頁(yè)巖、砂巖、花崗巖等，隧道洞口段普遍存在淺埋偏壓、地質(zhì)條件均較差的特點(diǎn)，大部分隧道洞身段地質(zhì)條件復(fù)雜，存在溶洞、斷層破碎帶、高地應(yīng)力、涌水、軟弱煤層等不良地質(zhì)現(xiàn)象，且不良地質(zhì)段分布廣、數(shù)量多。

2 隧道總體設(shè)計(jì)

廣樂(lè)高速公路由于投資大、里程長(zhǎng)及設(shè)計(jì)周期緊的特點(diǎn)，在勘察設(shè)計(jì)階段采用隧道總體設(shè)計(jì)，有利于工程規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)形式、文件組成的統(tǒng)一，將相對(duì)分散且獨(dú)立的設(shè)計(jì)形成系統(tǒng)、完善的設(shè)計(jì)成果，方便后期審查批復(fù)與建設(shè)過(guò)程中的管理。

2.1 隧道布置原則

隧道設(shè)置形式根據(jù)地形地質(zhì)以及隧道兩端接線(xiàn)條件，在如下幾種形式中綜合選定：

1)上下行分離式隧道。

兩洞室凈距根據(jù)地質(zhì)情況參照《隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》確定，長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道一般采用該種形式。

2)小凈距隧道。

兩隧道凈距一般控制在10 m～20 m左右。中短隧道一般可采用該種形式，具有節(jié)約用地，減少接線(xiàn)工程規(guī)模的優(yōu)點(diǎn)。

3)復(fù)合式連拱隧道。

中隔墻厚度一般采用2.0 m～2.7 m，中央分隔帶寬度約4.5 m～6.0 m。

4)雙向六車(chē)道隧道原則上不采用連拱隧道形式。連拱隧道長(zhǎng)度一般應(yīng)控制在200 m以?xún)?nèi)，特殊情況下不宜超過(guò)300 m，小凈距隧道長(zhǎng)度一般應(yīng)控制在400 m以?xún)?nèi)，特殊情況下不應(yīng)超過(guò)600 m。長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道洞口段部分可采用小凈距隧道形式，以降低洞外分線(xiàn)段工程規(guī)模及減少占地。

2.2 平面設(shè)計(jì)

平面總體設(shè)計(jì)包括以下幾方面內(nèi)容：

1)平面設(shè)計(jì)堅(jiān)持地質(zhì)選線(xiàn)、地形選線(xiàn)、環(huán)保選線(xiàn)的理念。

2)綜合考慮全線(xiàn)隧道的平面線(xiàn)形，盡可能采用較高的平面線(xiàn)形指標(biāo)，并注重平、縱組合設(shè)計(jì)，同時(shí)綜合考慮超高和視距設(shè)計(jì)，按小車(chē)的運(yùn)行速度控制視距，按貨車(chē)控制超高。

3)采用不設(shè)超高的大半徑曲線(xiàn)或直線(xiàn)隧道，直線(xiàn)隧道的長(zhǎng)度應(yīng)符合路線(xiàn)上設(shè)置直線(xiàn)段的規(guī)定。

4)對(duì)于長(zhǎng)大隧道應(yīng)由隧道控制路線(xiàn)走向，中短隧道的線(xiàn)形原則上服從路線(xiàn)走向。

5)在設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合隧道的地形、地質(zhì)條件、防災(zāi)救援、運(yùn)營(yíng)安全、兩端接線(xiàn)、司機(jī)行車(chē)過(guò)程中的心理狀態(tài)等因素綜合考慮。

2.3 縱斷面設(shè)計(jì)

隧道縱坡的選擇應(yīng)以隧道的使用功能(通行汽車(chē))為依據(jù)，從行車(chē)速度、地質(zhì)條件、地形條件、營(yíng)運(yùn)通風(fēng)、交通事故頻率、防災(zāi)救援、兩端接線(xiàn)、排水、施工、工程投資等因素綜合考慮。

2.4 橫斷面設(shè)計(jì)

結(jié)合隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、線(xiàn)形指標(biāo)、超高設(shè)置、運(yùn)營(yíng)設(shè)施、隧道規(guī)模、交通量組成等擬定嚴(yán)格統(tǒng)一的建筑限界與凈空斷面形式。

對(duì)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高的高速公路，高速超車(chē)時(shí)存在汽車(chē)與左側(cè)檢修道相撞的安全隱患。從行車(chē)安全的角度出發(fā)，本項(xiàng)目采用左側(cè)余寬置于檢修道下方的設(shè)置形式。

對(duì)于檢修道的高度，規(guī)范值為25 cm。但對(duì)于長(zhǎng)大隧道，由于洞內(nèi)各類(lèi)電纜數(shù)量比較多，往往需要增高電纜槽高度，因此對(duì)于中長(zhǎng)隧道的檢修道高度可適當(dāng)增高，其高度既要讓檢修以及救援與疏散人員容易上下，還要讓汽車(chē)的車(chē)門(mén)最好能打開(kāi)，而且汽車(chē)也不易沖上檢修道，本項(xiàng)目檢修道高度值為40 cm。

2.5 橫洞與緊急停車(chē)帶布置

廣樂(lè)高速公路隧道緊急停車(chē)帶及行車(chē)橫洞布置方案確定中主要基于如下幾方面的考慮：

1)采用垂直行車(chē)橫洞布置方案，可充分發(fā)揮其在隧道運(yùn)營(yíng)階段的輔助救援功能及有效避免斜交橫洞布置帶來(lái)的空間受力復(fù)雜等弊端。

2)緊急停車(chē)帶與行車(chē)橫洞采用組合布置方案，便于車(chē)輛疏散能力的提高及緊急停車(chē)帶布置在圍巖較好地段以降低工程造價(jià)。

由于隧道群均為三車(chē)道隧道，單洞凈寬達(dá)到16 m，橫洞與主洞采用90°交角并布置在緊急停車(chē)帶處，不僅能滿(mǎn)足車(chē)輛轉(zhuǎn)彎的要求，縮短了行車(chē)橫洞的長(zhǎng)度，而且有利于救援車(chē)輛出橫洞后靈活選擇左右轉(zhuǎn)向，極大提高了救援效率。所以本項(xiàng)目采用緊急停車(chē)帶與行車(chē)橫洞組合、行車(chē)橫洞垂直布置的方式。車(chē)輛轉(zhuǎn)向示意圖見(jiàn)圖1。

2.6 隧道洞口及洞門(mén)設(shè)計(jì)

根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)、結(jié)合地面(地下)水文情況，本著“早進(jìn)洞，晚出洞”的工程設(shè)計(jì)原則，確定洞口位置?？紤]本項(xiàng)目為大型隧道群，隧道洞口處于深切V形山谷邊坡上，洞口地質(zhì)差，地形復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合地質(zhì)、地形情況及橋梁布置特點(diǎn)，對(duì)每個(gè)隧道針對(duì)性的采取了隧包橋設(shè)計(jì)、橋接隧設(shè)計(jì)、半明半暗護(hù)拱進(jìn)洞設(shè)計(jì)、樁基擋墻抗偏壓進(jìn)洞方案設(shè)計(jì)等措施。

2.7 防排水設(shè)計(jì)

隧道防排水設(shè)計(jì)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，形成完整的防排水體系，使隧道建成后達(dá)到洞內(nèi)基本干燥的要求，保證結(jié)構(gòu)和設(shè)備的正常使用及行車(chē)安全。

1)隧道內(nèi)按地下清水和營(yíng)運(yùn)清洗污水、消防污水分離排放；設(shè)置縱、橫向排水系應(yīng)保證排水暢通，避免洞內(nèi)積水；排水溝的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)污水量及地下清水流量決定。

2)洞內(nèi)排水方式優(yōu)先采用側(cè)溝排水，側(cè)排水溝不侵占車(chē)道，排水量大，便于檢修維護(hù)。

3)對(duì)于隧道采用常規(guī)排水方案可能會(huì)對(duì)周邊地下水及地表水環(huán)境產(chǎn)生不良影響的隧道，隧道防排水原則應(yīng)是“以堵為主，限量排放”，例如采用注漿堵水、全封閉襯砌方案等措施，減少地下水的流失。

3 廣樂(lè)高速隧道設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)問(wèn)題

3.1 長(zhǎng)大復(fù)雜隧道群設(shè)計(jì)

1)大瑤山隧道群路線(xiàn)設(shè)計(jì)綜合考慮了隧道群的平縱線(xiàn)形，盡可能采用較高的平縱指標(biāo)，在抗冰雪災(zāi)害能力較為薄弱的粵北段采用不超過(guò)400 m的設(shè)計(jì)高程，不僅有效解決了該段縱坡大、冬季易結(jié)冰的問(wèn)題，而且避開(kāi)了大型地下暗河的影響。

2)為了加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)安全保障，隧道洞口不設(shè)置緩和曲線(xiàn)并確保洞口內(nèi)外滿(mǎn)足3S線(xiàn)形一致的相關(guān)要求；路面采用抗滑能力較強(qiáng)的水泥混凝土路面，并采取刻槽處理；針對(duì)洞口“黑洞”“白洞”效應(yīng)，運(yùn)用照明控制技術(shù)使隧道出入口、內(nèi)部和外部的亮度相匹配。

3)為了深入貫徹“以人為本”的原則，從有利于提高救援效率、減小橫洞的影響范圍、降低結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜程度的角度出發(fā)，本項(xiàng)目創(chuàng)造性地采用了行車(chē)橫洞垂直于緊急停車(chē)帶并與緊急停車(chē)帶組合的布置方式。

4)本項(xiàng)目利用隧道出口的施工便道作為救援通道，有效解決了突發(fā)情況下隧道群緊急救援問(wèn)題，為我國(guó)大型隧道群的緊急救援提供了參考。

5)將大瑤山自然保護(hù)區(qū)(水文敏感地區(qū))的地下水保護(hù)提高到新的高度，在地下水較豐富的Ⅴ，Ⅳ級(jí)圍巖地段采取周邊預(yù)注漿措施，采用限量排放復(fù)合襯砌，盡量避免對(duì)環(huán)境保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

3.2 大瑤山核心保護(hù)區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)

隧道長(zhǎng)期排水，將形成以隧道為中心的橢圓形裂隙水滲補(bǔ)漏斗，在一定程度上改變天然滲流狀態(tài)，如流向、流量等；隧道的長(zhǎng)期排水，必將會(huì)襲奪下游同源補(bǔ)給水的水量及降低隧道區(qū)域地下水位，由此可能導(dǎo)致對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。大瑤山一號(hào)隧道穿越大遙山自然保護(hù)區(qū)(水文敏感地區(qū))，隧道的建設(shè)應(yīng)將對(duì)環(huán)境的保護(hù)特別是對(duì)地下水的保護(hù)提高到新的高度，使隧道的建設(shè)在滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境的影響降低到最低限度。

隧道的防排水在遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的大原則前提下，在地下水相對(duì)不發(fā)育的Ⅲ級(jí)圍巖地段采用一般排水襯砌，而在地下水較豐富的Ⅴ，Ⅳ級(jí)圍巖地段采取周邊預(yù)注漿措施，有針對(duì)性地實(shí)施注漿堵水及全封閉襯砌結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)限量排放的目的，在施工過(guò)程中將根據(jù)實(shí)際涌水量情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過(guò)以上措施，使隧道建成后達(dá)到如下兩個(gè)目標(biāo)：

1)隧道區(qū)域地下水位及排泄途徑與原始狀態(tài)基本一致，避免了隧道施工對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

2)洞內(nèi)不滲不漏，保證了隧道結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營(yíng)設(shè)備的正常使用及行車(chē)安全。

3.3 穿越水庫(kù)隧道設(shè)計(jì)

大瑤山一號(hào)隧道ZK36+940～ZK37+020，YK37+000～YK37+025段位于沖溝內(nèi)，隧道拱頂?shù)經(jīng)_溝的最小距離約17 m；沖溝下游有一處電站水庫(kù)，距離左線(xiàn)隧道外側(cè)約30 m～50 m，隧道拱頂距離水庫(kù)水面約10 m。WF9斷層將水庫(kù)與隧道連通。

針對(duì)隧道施工對(duì)福源電站水庫(kù)的影響及WF9斷層與水庫(kù)和隧道連通性進(jìn)行了水文地質(zhì)專(zhuān)項(xiàng)研究，依據(jù)研究成果，對(duì)隧道在洞內(nèi)與洞外分別采取了預(yù)加固處理措施。確保了隧道在施工與運(yùn)營(yíng)期間洞內(nèi)基本做到了不滲不漏，且電站水庫(kù)蓄水也沒(méi)有受到任何影響。

3.4 復(fù)雜地質(zhì)地形條件下淺埋偏壓小間距隧道設(shè)計(jì)

廣樂(lè)高速公路大源一號(hào)隧道是一座淺埋偏壓嚴(yán)重、地質(zhì)條件復(fù)雜的小間距超短隧道。該隧道在后期完善設(shè)計(jì)中，將復(fù)雜的問(wèn)題逐步分解，有針對(duì)性的解決好每一個(gè)問(wèn)題。

1)采取錨索樁板墻結(jié)合反壓回填技術(shù)克服了淺埋偏壓?jiǎn)栴}；

2)采用洞內(nèi)外預(yù)注漿加固處理技術(shù)，改良了隧道周?chē)鷩鷰r的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，提高圍巖的自身承載能力，解決了地質(zhì)條件差的問(wèn)題；

3)小間距隧道中間巖柱采用了低預(yù)應(yīng)力錨桿加固技術(shù)結(jié)合預(yù)注漿加固技術(shù)，解決了中間巖柱穩(wěn)定性問(wèn)題；

4)采用先施工偏壓較嚴(yán)重一側(cè)隧道的施工工序以及結(jié)合洞內(nèi)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖法，更好的控制了地表以及洞內(nèi)沉降變形;

5)采用抗偏壓樁基護(hù)拱技術(shù)進(jìn)洞方案，有效控制了洞口邊仰坡的開(kāi)挖高度，合理的解決了左右洞施工相互擾動(dòng)的問(wèn)題，以及克服了進(jìn)洞難的問(wèn)題。

4 隧道設(shè)計(jì)中存在的不足

4.1 總體設(shè)計(jì)方面

由于大瑤山隧道群段主要是長(zhǎng)大隧道控制路線(xiàn)走向，一些小隧道服從總體路線(xiàn)走向，導(dǎo)致產(chǎn)生個(gè)別長(zhǎng)度短、凈距小、偏壓嚴(yán)重、地質(zhì)差的小隧道給設(shè)計(jì)及施工帶來(lái)了難度，施工過(guò)程中產(chǎn)生的一些問(wèn)題。

4.2 主要工點(diǎn)設(shè)計(jì)

1)大源一號(hào)隧道。

大源一號(hào)隧道屬于淺埋偏壓小間距超短隧道，受先行工程大瑤山一號(hào)特長(zhǎng)隧道的控制，該隧道選線(xiàn)設(shè)計(jì)主要服從總體線(xiàn)位走向。由于隧道短、凈距小、偏壓嚴(yán)重、地質(zhì)差，同時(shí)受橋隧相接墩臺(tái)施工、大氣降雨、不合理的施工工序等外部環(huán)境的影響，導(dǎo)致隧道上方山體及隧道結(jié)構(gòu)多次出現(xiàn)變形、開(kāi)裂等病害。

2)龍歸隧道。

龍歸隧道屬于短隧道，該隧道路線(xiàn)走向受接線(xiàn)的控制，隧道大部分穿越炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖、煤層及砂巖的互層等不良地質(zhì)體。施工中隧道發(fā)生了初支大變形、二襯開(kāi)裂以及塌方冒頂?shù)葞状未蟮牟『?，增加了較多的變更費(fèi)用。

3)大瑤山隧道群路面設(shè)計(jì)。

原設(shè)計(jì)采用28 cm厚混凝土板下設(shè)20 cm厚C20素水泥混凝土底基層，并在路面底基層下設(shè)置橫向及縱向塑料盲溝以排除隧道路面下部滲水的路面結(jié)構(gòu)形式。從后期施工效果看，該路面結(jié)構(gòu)形式針對(duì)大瑤山特定的地理位置及地質(zhì)條件，仍然有一定的優(yōu)化空間。

a.因大瑤山隧道群地下水較豐富，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)無(wú)仰拱段沒(méi)有在底基層下面增設(shè)調(diào)平層。其基底爆破施工的平整度，從現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，目前的施工管理水平很難達(dá)到規(guī)范要求值，甚至在超挖較大的段落直接采用虛渣進(jìn)行回填的情況時(shí)有發(fā)生，且不規(guī)范的爆破作業(yè)使基底巖石松動(dòng)層厚度加大，進(jìn)一步提高了基底巖石裂隙的導(dǎo)水性。

b.路面防排水設(shè)計(jì)中，采取橫向以及縱向塑料盲溝的排水形式(如圖2所示)。從現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，該排水形式真正起到作用的很少，大部分在基層施工時(shí)就已經(jīng)堵塞，有些塑料盲溝由于沒(méi)有在基層下面刻槽安裝，在澆筑基層混凝土?xí)r就已經(jīng)挪動(dòng)而失效。建議在今后的設(shè)計(jì)中將路面排水塑料盲溝按照?qǐng)D2進(jìn)行優(yōu)化處理。

5 設(shè)計(jì)體會(huì)

針對(duì)廣樂(lè)高速公路隧道多、里程長(zhǎng)、地質(zhì)地形復(fù)雜、環(huán)保要求高的特點(diǎn)，在隧道總體布置、平面與縱面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)、橫洞與緊急停車(chē)帶布置、隧道洞口及洞門(mén)設(shè)計(jì)、防排水等方面取得了較為成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似大型高速公路項(xiàng)目隧道設(shè)計(jì)提供了參考。

當(dāng)然，廣樂(lè)高速公路隧道設(shè)計(jì)并非是十全十美的，根據(jù)該項(xiàng)目的特點(diǎn)，要想在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)周期內(nèi)通過(guò)現(xiàn)有的勘察技術(shù)手段很難把隧道區(qū)域的地質(zhì)條件做到準(zhǔn)確無(wú)誤。但是我們一定要在設(shè)計(jì)思想上加以重視，結(jié)合多年山嶺隧道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)理論計(jì)算，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念，盡可能地彌補(bǔ)基礎(chǔ)資料不足的問(wèn)題。同時(shí)，中短隧道線(xiàn)位是否服從總體線(xiàn)位走向，還有待于商榷。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分考慮到短隧道的復(fù)雜性，多進(jìn)行各種可能方案的比選。

[1] 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.廣州至樂(lè)昌高速公路A1設(shè)計(jì)合同段兩階段施工圖設(shè)計(jì)[Z].

[2] JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On exploration for tunnel design for Guangzhou-Lechang Tunnel

Peng Wenbo Lu Yanglu Wang Lihong

(CCCCNo.2RoadandSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

Combining with the features along Guangzhou-Lechang Tunnel including complicated tunnels, long miles, complex geological and topographic circumstances, and higher demands for environment protection, the paper undertakes the related summary for the tunnel design of the large expressway programs, indicates the tunnel wholesome design and the main technical measures, and points out some shortages in the tunnel design, so as to provide experience for road tunnel design.

expressway, tunnel, design

2015-02-27

彭文波(1981- )，男，工程師； 盧楊路(1989- )，女，助理工程師； 王立宏(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0184-03

U452.2

A