劉曉梁

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

1 引 言

省道304 平(平魯)萬(萬家寨)線全長106 km，起點(diǎn)為山西省朔州市平魯區(qū)，終點(diǎn)位于山西省忻州市偏關(guān)縣的萬家寨，是山西省北部地區(qū)一條重要的運(yùn)煤公路。該公路為山嶺區(qū)二級(jí)公路，多數(shù)路段路基寬度為8.5 m，局部地形較好段落進(jìn)行過改建或改線，路基寬度為12 m。

從忻州保德和陜西神木往東的大型車輛為了減少運(yùn)營費(fèi)用，借道從平萬線經(jīng)過，造成平萬線交通量猛增，加之平萬線局部山嶺地區(qū)縱坡較大，容易造成事故和堵車現(xiàn)象。特別是平魯區(qū)附近的虎頭山隧道，為平萬線約10 km 處，1983 年建成通車，建設(shè)年限較早，隧道凈寬僅為7 m，凈高4.5 m，兩側(cè)無人行道和排水措施，隧道內(nèi)路面損壞嚴(yán)重，大型運(yùn)煤車輛在洞內(nèi)行車和會(huì)車十分困難，極易引發(fā)交通事故，造成平萬線的中斷，且隧道較窄，事故救援特別困難。

2 初步方案

如果對(duì)現(xiàn)有虎頭山隧道進(jìn)行拓寬改造，(1)該隧道內(nèi)輪廓斷面為直墻式，不滿足現(xiàn)有隧道規(guī)范要求，在改造過程中施工難度較大，鑿除現(xiàn)有的襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致隧道圍巖應(yīng)力釋放，容易造成坍塌、冒頂，存在安全隱患;(2)僅僅對(duì)現(xiàn)有隧道拓寬仍然不足以解決虎頭山隧道在平萬線運(yùn)營過程中的瓶頸問題，而且在改造建設(shè)過程中會(huì)導(dǎo)致平萬線的運(yùn)營癱瘓。

因此綜合比較多種方案，認(rèn)為新建右幅隧道，維修利用現(xiàn)狀隧道作為左幅，形成上下行雙向分離行車局面，雖然其投資較高，但在施工期間能夠保證平萬線的基本通行能力，并且在改造完成后采用車輛分離行駛的方式，大大提高了車輛通過虎頭山的能力，提高車輛的運(yùn)營效率和安全性。

建設(shè)完成后，平魯?shù)饺f家寨方向走右幅隧道，萬家寨到平魯方向走改造后的左幅隧道。該項(xiàng)目的實(shí)施將大大改善平萬線技術(shù)指標(biāo)低，交通事故頻發(fā)的現(xiàn)象。

3 工程概況

3.1 地形地貌

虎頭山隧道位于山西省西北部，自然地理屬于呂梁山脈北段的管涔山中段。因受構(gòu)造活動(dòng)影響和水流侵蝕，地形切割劇烈，地形破碎，溝壑遍地。海拔標(biāo)高2 000 m 左右，相對(duì)高差400～600 m，總的地勢為東高西低，微地貌為基巖山脊、梁、懸崖、峭壁、陡坎、沖溝，較大沖溝以北東向?yàn)橹鳌Ｋ碇穮^(qū)天然植被較為稀少，天然植物僅在荒灘及農(nóng)田邊緣少量分布，以草本植物和灌木為主。

3.2 地層巖性

新建虎頭山隧道出露地層由老至新為古生界寒武系中統(tǒng)徐莊組(∈2x)、中統(tǒng)張夏組(∈2z)、上統(tǒng)崮山組(∈3g)、新生界第四系中更新統(tǒng)(Q2pl)。隧道洞身范圍內(nèi)主要為中統(tǒng)徐莊組、中統(tǒng)張夏組、上統(tǒng)崮山組。第四系中更新統(tǒng)分布于進(jìn)出口段山梁上，披蓋于洞頂之上，為一套河流相的土狀堆積，巖性為棕黃色亞砂土(少數(shù)為亞粘土)，夾碎石。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬于呂梁太行斷塊西北部之次級(jí)構(gòu)造單元偏關(guān)神池塊坪。該塊坪南北向長100 km，呈北寬南窄的三角形。出露地層以寒武系、奧陶系為主，局部殘留石炭系。構(gòu)造形跡零散而微弱，多以褶皺形式出現(xiàn)。隧址區(qū)本身為一向北東傾斜的單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀65°∠10°。

3.4 水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)穿越管涔山中部，區(qū)內(nèi)最高海拔與最低海拔間的相對(duì)高差約330 m，地形起伏，溝谷切割很深，受地形條件的制約，隧址區(qū)大氣降水中的絕大部分匯入附近河谷之中，因此大氣降水的入滲總量十分有限。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆孔資料，隧址區(qū)無明顯的巖溶發(fā)育，周圍溝谷內(nèi)未見地表水流或泉水出露，鉆孔中亦未測到穩(wěn)定的地下水位。隧址區(qū)內(nèi)地下水類型為巖溶裂隙水。

綜合分析，隧道洞身均處于地下水潛水位之上，隧道圍巖以潮濕或點(diǎn)滴狀出水為主，局部低洼平緩地帶或裂隙發(fā)育處雨季可能形成淋雨?duì)?。地下水?duì)隧道圍巖的影響總體較小。

4 方案研究

4.1 路線方案比選

在線型方面，A 線、B 線方案的平縱面指標(biāo)均滿足《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，A 線、B 線的平縱面指標(biāo)相當(dāng)。

表1 各方案平面技術(shù)指標(biāo)表

從行車安全、通行能力、服務(wù)水平的分析:A 線、B 線方案地形條件相當(dāng)，行車安全性相當(dāng)。

從公路用地、拆遷量方面分析:B 線用地比A 線用地略少，拆遷量相當(dāng)。

從與原有公路的干擾情況分析:B 線以隧道方式下穿平萬線路基段，設(shè)計(jì)標(biāo)高位于原平萬線下約30 m，且B 線施工對(duì)原平萬線的運(yùn)營有嚴(yán)重干擾，A 線與平萬線無交叉，施工無干擾。

從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、安全效益、環(huán)境保護(hù)方面分析:A 線、B 線條件相當(dāng)。

從工程數(shù)量方面分析:B 線路線較A 線路線長度長9 m;隧道短34 m。B 線土石方數(shù)量比A 線大44 104.3 m3。

表2 各方案縱斷面技術(shù)指標(biāo)表

4.1 隧道方案比選

A 線方案隧道長度為999 m，B 線方案隧道長度為965 m，A 線比B 線隧道長度增加了34 m。A 線方案造價(jià)為7 087.5 萬元，B 線方案造價(jià)為7 395 萬元。

(1)隧道支護(hù)方案和防排水方案。

A 線與B 線采取的隧道支護(hù)方案和防排水方案一樣。

明洞采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞身段襯砌均按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用柔性支護(hù)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)合式襯砌，即以噴、錨、網(wǎng)、格柵鋼架等為初期支護(hù)，二次襯砌采用鋼筋混凝土或素混凝土，并視地層、地質(zhì)條件增加管棚、超前錨桿等預(yù)加固措施。

防排水設(shè)計(jì)原則是以引、排水為主，防排結(jié)合，綜合處治。采用防、截、堵、排相結(jié)合，形成完整的防排水體系，使隧道防水可靠，排水暢通，運(yùn)營期隧道內(nèi)不滲不漏基本干燥。

明洞采用立體防水板及頂面回填粘土隔水層防水。洞身段采用立體防水板防水，環(huán)向軟式透水管引水經(jīng)由縱向排水管、橫向排水管將水排至中央排水溝中，路面水流入兩側(cè)排水溝中。

(2)B 線方案弱點(diǎn)。

B 線方案，隧道進(jìn)口處洞頂為一人工堆積體，平面上呈梯形分布，長120 m，寬25～45 m，厚3.5～15.0 m，體積約20 000 m3;且隧道進(jìn)口左側(cè)為原有左線路基碎石自然坡積，所以進(jìn)口處為不良地質(zhì)。造成隧道施工中存在施工困難，容易坍塌，留有安全隱患。

B 線隧道于BK0 +930～BK1 +050 段120m 內(nèi)下穿原有左線路基，于BK1 +050～BK1 +065 段15m 內(nèi)下穿原左線虎頭山隧道，新建隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高與原左線路面標(biāo)高平均相差30 m。由于平萬線交通繁忙，地方政府要求在隧道施工中保持原有左線暢通，故在隧道開挖過程中，洞頂路面大型運(yùn)煤車輛的行駛，會(huì)使新建隧道發(fā)生坍塌與襯砌開裂，造成施工困難與安全隱患。

5 結(jié) 論

通過綜合比較及論證，在虎頭山隧道改造過程中，首先確立了新建右幅隧道的方案，使原虎頭山隧道形成上下行雙向分離行車格局;然后選定2 個(gè)方案進(jìn)行比選，其中A 線方案的實(shí)施不會(huì)干擾原平萬線的正常運(yùn)營，其隧道進(jìn)出口不存在不良地質(zhì)問題，并且A 線方案的造價(jià)低于B 線方案，所以虎頭山隧道改造工程采用A 線方案較為優(yōu)越。

［1］中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70－2010)［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］重慶交通科研設(shè)計(jì)院《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D70－2004).北京:人民交通出版社，2004.

［3］關(guān)寶樹《隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集》.北京:人民交通出版社，2003.

［4］交通部公路司《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01－2003).北京:人民交通出版社，2004.