山嶺區高速公路隧道地質選線設計體會

閆立來

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著我國高速公路建設的不斷發展，山嶺區高速公路修建的越來越多，其面臨的地形、地質條件也越來越復雜，因此山嶺區高速公路修建的難度也越來越大。在地質條件復雜多變的山嶺區，如何設計出一條平面、縱斷面、橫斷面經濟合理的路線，隧道地質選線就尤為重要，經濟合理的路線不僅影響到公路工程造價，而且關系到運營期間的安全問題。

1 山嶺區高速公路隧道選線原則

a）山嶺區高速公路路線選線時應對路線所經區域、走廊帶及沿線的工程地質和水文地質進行深入勘測，查清其對公路工程的影響。對于嚴重不良地質地段，應慎重對待，視其對路線的影響程度，分別對繞、避、穿等方案進行論證。當必須穿過時，應盡量調整平、縱線形，恰當掌握標準，選擇合適的位置，縮小穿越范圍并采取必要的工程措施[1]。

b）山嶺區高速公路隧道設計應重視公路總體設計。中、短隧道宜服從路線全局布設的要求，長、特長隧道原則上服從路線基本走向，一般根據地質條件作為路線平縱線形局部控制點，并綜合考慮公路對土地資源、生態環境、后期運營費用及可持續發展的要求。

c）山嶺區高速公路隧道設計應重視地質選線[2]，在隧道的選線過程中，應以路線縱斷面為主導，隧道位置的選擇應充分考慮隧道穿越區的工程地質條件。

d）山嶺區高速公路隧道設計應加強與路塹方案比選。對于路線中心挖深大于30 m的路塹，需要進行路、隧方案和越嶺展線避繞方案的比選，同時還要考慮不同方案對公路后期運營管理費用和區域生態環境影響等問題。

2 目前隧道設計中存在的不足和容易引發的工程問題

2.1 地質選線設計意識淡薄

2.1.1 目前路線選線設計的普遍現狀

a）目前在路線選線設計時基本上是以滿足路線設計指標為前提，在地形圖上進行路線平、縱、橫選線設計，在地質選線上意識比較淡薄。對于不同的地形、地質條件，路線平、縱、橫地質選線設計針對性不強。雖然進行了外業踏勘調查，但是隧道段定線設計時缺失對隧道進出洞口及隧道洞身段地質情況考慮，多數情況下是根據路線總體設計，結合自身對地形、地貌情況的理解，按照路線設計規范進行平、縱、橫定線設計。

b）地質勘探成果提供后，根據隧道穿越區地質的變化情況，路線缺乏對隧道縱斷面設計的調整，致使隧道洞口及洞身范圍內穿越了許多不良地質構造段落，造成隧道結構設計困難、投資增加和施工安全風險增大等問題。

2.1.2 地質選線意識淡薄引發的問題

2.1.2.1 隧道穿越不利的土石交界層

圖1為典型的高速公路隧道穿越土石交界層地質縱斷面圖，圖2為該隧道施工過程中掌子面圍巖土石交界面情況現場圖。

圖1 隧道穿越土石交界層地質縱斷面圖

圖2 隧道穿越土石交界層現場圖

通過對圖1、圖2隧道穿越砂泥巖與黃土交界層地質縱斷面圖分析，隧道洞身范圍穿越的土石交界層沿路線方向伴行距離較長，且有些段落隧道拱頂正好處于土石交界面上。隧道在這種土石交界面中通過時，多數情況下交界面上存在裂隙水，土層比較濕軟，圍巖自承能力弱，產生的圍巖壓力大，導致施工過程中初期支護變形較大，經常性地會發生超挖、坍塌及冒頂等工程事故，給施工帶來較大的安全隱患，原設計支護方案多次發生變更，工程造價也隨之增加。

2.1.2.2 隧道穿越不利的巖溶發育區

圖3為巖溶發育區隧道地質縱斷面圖，圖4為該巖溶發育區隧道掌子面開挖現場圖。

圖3 巖溶發育區隧道地質縱斷面圖

圖4 巖溶發育區隧道開挖現場圖

通過對圖3分析，根據隧道地質勘探結果，該隧道洞身穿越區存在5處巖溶發育區。該隧道在實際開挖過程中，在隧道拱頂和仰拱處出現多處巖溶，如圖4所示。由于該隧道地處山西省中部地區，屬暖溫帶大陸性干旱、半干旱氣候區，巖溶已基本停止發育，溶洞內基本上被松軟的淤積物填充，對隧道結構產生一定的影響，但影響不大。

根據巖溶所在的位置和溶腔的大小，采取低標號混凝土或片石混凝土回填的處治措施。通過施工過程中對該隧道掌子面圍巖情況的分析和總結，發現該隧道可以通過適當提高隧道進出口和洞身設計高程，以繞避或減少隧道穿越巖溶發育區的長度，同時也體現出隧道作為控制性工程地位的重要性，以及地質選線設計在地勘資料提供后對隧道線位調整的重要作用。

2.2 地質知識和工程經驗薄弱

2.2.1 目前設計人員地質知識和經驗現狀

目前多數設計人員中地質知識和現場勘察經驗相對薄弱，對整個工程項目經過區域的地質條件和特點掌握不準，尤其路線經過特殊地形、地質時，對隧道構造物布線位置把握不準，經常出現隧道多處穿越不利的區域。

2.2.2 地質知識和經驗薄弱引發的工程問題

圖5為高速公路黃土隧道洞頂沖溝平面圖，圖6為該黃土隧道洞頂沖溝處橫斷面圖。

圖5 黃土隧道洞頂沖溝平面圖

圖6 黃土隧道洞頂沖溝橫斷面圖

通過對圖5和圖6分析，在隧道頂部ZK129+605處存在一較大的自然沖溝，且沖溝中心線縱坡較大，與路線中線大角度相交，沖溝處圍巖以第四系硬塑狀Q2apl粉質黏土為主，隧道圍巖級別為Ⅴ級淺埋，由于沖溝的存在導致隧道左側拱肩部位實際埋深不足8 m，靠山體內側的土體按路基坡率1∶0.75、邊坡平臺2 m和每級高度8 m刷坡達10級多，而靠山體外側坡腳處路基刷坡只有一級多，不滿足《公路隧道設計細則》中隧道拱肩最小覆蓋厚度表要求[3]，如表1所示，且隧道存在嚴重的偏壓問題，經專家組論證后路線方案不成立，在后續設計過程中又重新選線，不僅拖延了設計工期，而且還造成了不必要的人力和物力資源的浪費。

表1 隧道拱肩最小覆蓋厚度表

3 設計人員應加強的工作

針對當前山嶺區高速公路勘察設計中存在的不足，根據問題其產生的原因，提出以下幾點要求：

a）加強專業設計技術人員高速公路勘察設計中巖土工程的理念，進一步提高山嶺區高速公路工程勘察設計水平[4]。

b）加強專業設計技術人員與地質勘察技術人員的溝通和交流，并建立合理互動機制和規章制度。

c）加強勘察設計人員的培訓，在提高專業技術水平的基礎上，強化勘察設計技術人員的綜合設計觀念。

d）加強項目巖土工程勘察的技術交底工作，明確指出該項目在巖土勘察過程中發現的不良地質問題，并提出相應的處理意見，為設計人員的修改工作提供指導。

e）加強工程咨詢審查單位對項目設計工作和巖土勘察工作的咨詢審查力度，確保設計和巖土勘察工作的有效結合。

4 結語

本文通過對山嶺區高速公路隧道選線原則的梳理，以及對目前隧道設計中存在的不足和容易引發的工程問題的分析，得到以下幾點體會供探討：

a）山嶺區高速公路隧道選線設計要貫徹圖上選線和地質選線的綜合設計原則，重視地質選線設計的重要作用。

b）在路線設計的各個階段，對隧址區工程地質條件要有充分的了解，并根據地質條件對路線平、縱進行適當的調整，盡量避免不利地質區，對于無法完全避繞的，盡量縮短通過長度并采取相應工程措施，保證隧道段路線平面和縱斷面方案的科學性和合理性。

c）山嶺區高速公路隧道設計要根據在施工過程中反饋的地質條件信息，進行動態設計，不斷地完善和優化原設計，然后進行指導施工，以減少因地質勘察準確度不足和地質選線未能完全考慮到位，而引起對工程的不利影響。