高速公路穿黃隧道規(guī)劃選址關(guān)鍵影響因素分析

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司， 河南 鄭州 450000)

1 引言

根據(jù)河南省某高速公路規(guī)劃，穿越黃河位置大致位于1855年黃河銅瓦廂決口改道處，該處黃河主流不穩(wěn)定，河勢變化大。并且規(guī)劃線路穿越黃河段是“河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類國家級自然保護區(qū)”的核心區(qū)。

考慮到修建橋梁要求橋梁跨度大，總橋長較長，且對濕地保護區(qū)影響較大，故在項目前期研究階段提出穿黃隧道方案，穿黃隧道與橋梁相比具有不影響黃河行洪、抵抗戰(zhàn)爭破壞和自然災(zāi)害的能力強、不侵占航道凈空、隧道能全天候運行、對黃河濕地生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)勢，但同時也存在勘察設(shè)計難度較高、投資較大、施工環(huán)境較為復(fù)雜和風(fēng)險較高等困難。

穿越黃河民用公路隧道建設(shè)尚無建設(shè)先例，本文以河南省某高速公路穿越黃河隧道項目穿越黃河公路隧道為例，開展高速公路穿黃隧道規(guī)劃選址關(guān)鍵影響因素方面的研究討論，以期為類似工程提供參考。

2 技術(shù)因素

目前，我國隧道建設(shè)工程已經(jīng)跨入世界先進水平，已建成多條水下隧道，主要分布在上海、南京、武漢及廈門等地。水下隧道建設(shè)長度居世界第一，已積累了較為豐富的水下隧道建設(shè)、施工和運營經(jīng)驗。隨著中國經(jīng)濟高速發(fā)展以及人們環(huán)保意識不斷增強，水下隧道修建技術(shù)正日臻完善。

由此可見，我國已經(jīng)有在江河湖海修建隧道的成功經(jīng)驗，但在穿黃公路隧道尤其是大斷面隧道尚屬罕見。由于黃河尤其特殊性，歷史上一直是一個老大難，技術(shù)問題仍然是穿黃隧道選址需要考慮的大問題。

3 區(qū)域水文地質(zhì)因素

3.1 地質(zhì)概況

穿黃工程區(qū)位于華北斷塊南部的二級構(gòu)造豫皖斷塊的北部邊緣。斷裂規(guī)模均較小，第四紀(jì)尤其晚更新世以來活動性較弱。 穿黃工程區(qū)地震峰值加速度為 0.1g，相應(yīng)地震設(shè)計基本烈度為 7 度。據(jù)國家地震局分析預(yù)報中心鑒定，場地 50 年超越概率 10%和 5%對應(yīng)的地表基巖面峰值加速度分別為 0.119g 和 0.158g。本區(qū)廣泛分布第四系地層，其中下更新統(tǒng)缺失。下伏基巖為上第三系，再者呈不整合接觸。第四系全新統(tǒng)主要為砂層，分布于黃河河床、漫灘和沖積平原；上更新統(tǒng)砂層埋藏于北岸高、低漫灘及北岸沖積平原、黃土崗地之下，黃土、黃土狀粉質(zhì)黏土，在河床、北岸低漫灘埋藏于全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)之下。下伏基巖為上第三系粘土巖、粉砂巖、砂巖、砂礫巖。第四系砂層含水層、黃土狀壤土孔隙弱含水層和上第三系砂巖、砂礫巖孔隙、裂隙含水層中地下水和黃河水對混凝土均不具腐蝕性。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入法、靜力觸探法、動三軸試驗法、相對密度法和剪切波速法等綜合判斷，在 7 度地震條件下河床段液化最大深度為 16.0m，北岸灘地段為12.0m。穿黃隧洞埋深 25.0m～30.0m，位于液化土層之下 10 余米深度之下，因而不受砂土液化的影響。

3.2 水文概況

該區(qū)地下水按其賦存條件及性質(zhì)可分為孔隙水及孔隙裂隙水兩種類型。

1）孔隙水：分布于河槽、漫灘及沖積平原的第四系巖層中，主要為潛水。

2）孔隙裂隙水：可分為黃土孔隙裂隙水和基巖孔隙裂隙水。前者分布于黃土類土孔隙裂隙中，為潛水。

工程區(qū)內(nèi)地下水及河水多為微硬水—硬水，從總體上看，工程區(qū)黃河水及地下水水質(zhì)較好，適于飲用與灌溉。

4 環(huán)境因素

公路建設(shè)項目前期工作主要為路線走廊帶的選線過程和公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程建設(shè)規(guī)模等設(shè)計過程。路線的選擇所產(chǎn)生的環(huán)境影響較大，選線過程決定了項目是否會涉及自然保護區(qū)、飲用水源保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等各類生態(tài)敏感區(qū)，決定了工程拆遷量、占用耕地和基本農(nóng)田的數(shù)量、阻隔影響、安置補償?shù)取?/p>

隧址區(qū)附近是河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類國家級自然保護區(qū)，選擇時應(yīng)給與充分考慮。保護區(qū)位于河南省新鄉(xiāng)市的東南部，在濕地類型上屬黃河下游濕地區(qū)，豫北平原濕地亞區(qū)。保護區(qū)由封丘縣沿黃荊隆宮、陳橋、曹崗、李莊、尹崗等五個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和長垣縣境內(nèi)的黃河灘涂、背河洼地組成，長70km，平均寬度3.5km，總面積22780 hm2；其中核心區(qū)面積為7973hm2，緩沖區(qū)面積為7290 hm2，實驗區(qū)面積為7517hm2。

河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類國家級自然保護區(qū)始建于1988年，1996年11月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級自然保護區(qū)。2008年2月國務(wù)院對保護區(qū)調(diào)整及更名給予批復(fù)，將黃河故道區(qū)（北片區(qū)）調(diào)減，同時新增了長垣縣部分黃河灘涂，總面積調(diào)整為22780 hm2，并更名為“河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類國家級自然保護區(qū)”。

河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類國家級自然保護區(qū)主要保護對象為：珍稀候鳥及其棲息地，黃河下游特有的濕地生態(tài)系統(tǒng)。保護區(qū)區(qū)內(nèi)水域、灘涂廣闊，野生動、植物資源豐富，鳥類眾多，是黃河下游平原人口稠密區(qū)交通發(fā)達地帶遺存下來的較大濕地，動、植物的北方物種、南方物種和廣布種十分豐富，具有重要的生物多樣性保護意義和潛在的科研開發(fā)、生態(tài)旅游價值。根據(jù)最新研究成果，在自然保護區(qū)內(nèi)共有鳥類156種，野生獸類計12種，兩棲、爬行動物9種，魚類32種，植物745種。在保護區(qū)內(nèi)分布的鳥類中，屬國家Ⅰ級重點保護的鳥類10種，屬國家Ⅱ級重點保護的鳥類29種。保護區(qū)內(nèi)優(yōu)良的自然環(huán)境非常適宜鳥類的棲息、生長、繁衍，從而形成良好的候鳥遷徙通道，同時保護了濕地其它生物種群的生存、繁衍和發(fā)展。保護區(qū)內(nèi)自然資源豐富，生態(tài)系統(tǒng)完整，為生物多樣性與持續(xù)利用研究提供了良好基礎(chǔ)，在維護和改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境與平衡等方面具有極其重要的作用。

5 河道基本情況

隧址區(qū)位于黃河河道改道處，河道歷史經(jīng)過了復(fù)雜的演變，其目前概況如圖1所示。

圖1 隧址區(qū)河道概況

5.1 氣象特征

隧址區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，水汽充沛，冷熱氣團交替，多鋒面雨和祁軒宇，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亞高壓控制，雨雪稀少，風(fēng)多干冷，空氣干燥，蒸發(fā)量大。年均氣溫為14.52oC，年均無霜期為221d，年均降水量為627.5mm，降水多集中在夏季7、8月份。

5.2 洪水特征

黃河下游洪水主要由暴雨形成，分別來自河龍間、龍三間和三花間等三個地區(qū)。河龍間屬于干旱和半干旱地區(qū)，暴雨強度大，歷時較短，洪水具有峰高量小的特性。龍三間的暴雨特征與河龍間相似，但由于受到秦嶺的影響，暴雨發(fā)生的頻次較多，歷史較長，洪水位矮胖型。

三花間屬于濕潤和半濕潤地區(qū)，暴雨強度大，一次暴雨的歷時一般為2d～3d，最長歷時達5d。以三花間來水為主的洪水，具有洪水漲勢猛、洪峰高、洪亮集中、含沙量不大、洪水預(yù)見期短等特點，對黃河下游防洪威脅最為嚴(yán)重。

隧址區(qū)處于黃河下游段，黃河下游設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為防御花園口洪峰流量22000m3/s的洪水，隧址區(qū)相應(yīng)的設(shè)防流量為22000m3/s。

5.3 河道演變

隧址區(qū)位于黃河游蕩性河段，因缺乏有效的河道工程控制，該河段河勢散亂，屬于有名的黃河改道區(qū)。自十九世紀(jì)四十年代以來，河段先后經(jīng)歷了自然演變、三門峽水庫下泄清水、河道整治工程逐步修建及完善三個階段。受上游水來沙和河道邊界影響，各階段河勢也表現(xiàn)出不同的特點。

6 現(xiàn)狀交通、水利工程狀況

6.1 交通工程

目前，黃河河南段已建公路和鐵路橋梁23座，待建3座，橋梁密度已使黃河不堪重負。且為減少橋梁建設(shè)對河道防洪防凌的影響，橋梁建設(shè)需采用全橋渡跨越方式，河道主槽采用較大跨徑。其中在游蕩性河段，橋梁孔跨布置應(yīng)充分考慮主河槽的擺動范圍。橋梁跨徑的增加大大增加了橋梁的工程建設(shè)費用，這也使得穿黃隧道與穿黃橋梁在工程造價上具有可比性。

6.2 堤防工程

黃河下游大堤歷史悠久，為歷代不斷修建而成。為了保障防洪安全，近年來黃河下游相繼開展了大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化堤防工程建設(shè)，提防的抗洪能力增強。

6.3 河道整治工程

隧址區(qū)河道整治工程包括險工、控導(dǎo)和防滾河工程。

5.4 其他設(shè)施

附近有黑崗口、于店2座引黃涵閘。水文站2座，分別建于1938年和1947年。

7 結(jié)語

通過本文研究可知，影響穿黃隧道規(guī)劃選址的關(guān)鍵因素主要可歸結(jié)為六大因素：技術(shù)因素、水文地質(zhì)因素、周邊環(huán)境因素、洪水特征、河道演變以及區(qū)域交通水利等工程設(shè)施。與普通公路隧道相比，洪水、河道情況等是其特殊因素，技術(shù)在某種程度上也是其重點要考慮的因素。目前穿黃公路隧道案例較少，應(yīng)進一步加強相關(guān)方面的研究，確保擬建工程均滿足安全、經(jīng)濟、環(huán)保等方面的要求。

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[3] 王昕，等. 天然氣長輸管線規(guī)劃選址問題研究[J]. 低碳世界，2017（09）