麒麟觀特長(zhǎng)公路隧道路線方案比選分析

鄒永艷 代少力

摘要：文章結(jié)合麒麟觀隧道工程實(shí)例，從路線平面、縱面、通風(fēng)、施工、運(yùn)營(yíng)成本等方面，對(duì)工可階段與設(shè)計(jì)階段的不同路線方案進(jìn)行了綜合比選分析，最終確定了隧道路線推薦方案。

關(guān)鍵詞：麒麟觀隧道;隧道路線方案;地質(zhì)選線;巖溶隧道

中圖分類號(hào)：U452. 1+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 034

文章編號(hào)：1673 - 4874（2019）12 - 0123 - 04

0 引言

麒麟觀隧道是呼和浩特至北海高速公路宜都（全福河）至鄂湘界段的重大控制性工程，長(zhǎng)約2x8.2 km，屬于特長(zhǎng)公路隧道。隧道出口緊鄰鄂湘省界，區(qū)域巖溶發(fā)育，存在巖溶管道和地下暗河，并與規(guī)劃的高速鐵路以隧一隧方式相交。因此，隧道路線方案的確定對(duì)于優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、降低工程規(guī)模及控制風(fēng)險(xiǎn)具有重大意義。本文對(duì)該隧道路線方案進(jìn)行比選分析。

1 工程概況

呼和浩特至北海高速公路是國家公路網(wǎng)規(guī)劃中新增縱線G59，是縱貫湖北省西部地區(qū)的一條省際通道。目前湖北省內(nèi)構(gòu)成此通道的鄖十、十房、保宜、宜張北高速公路均已建成通車，白洋長(zhǎng)江大橋段正在建設(shè)，宜張南高速公路建成通車，宜都（全福河）至鄂湘界段（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）是該通道的最后一段。

本項(xiàng)目全線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，整體式路基寬度為25.5 m，分離式路基寬度為12. 75 m。起點(diǎn)與宜張南高速T型交叉，路線向西南前行，沿大溝布線，在財(cái)神廟以西進(jìn)入麒麟觀隧道，路線向西繞避麒麟觀暗河管道，在五峰漁洋關(guān)鎮(zhèn)楊木洞村附近“露頭”跨南河，設(shè)置南河嶺隧道，繼而再次設(shè)置爐紅山隧道穿越鄂湘兩省交界爐紅山，對(duì)接呼和浩特至北海高速公路湖南段，項(xiàng)目終點(diǎn)位于鄂湘兩省交界處，推薦線路線全長(zhǎng)約18. 803 km。項(xiàng)目地理位置如下頁圖1所示。

1.1 隧道概況

麒麟觀隧道是本項(xiàng)目控制性工程，為上、下行分離的四車道高速公路分離式特長(zhǎng)隧道，建筑限界為10. 50 mxs.Om，進(jìn)口位于湖北省宜都市王家畈鄉(xiāng)大溝村，出口位于湖北省五峰土家族自治縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)麒麟觀村。初擬隧道左洞起訖里程樁號(hào)為ZK7+917～ZK16+ 133，長(zhǎng)8 216 m，最大埋深約360 m;右洞起訖里程樁號(hào)為YK7+946～YK16+170，長(zhǎng)8 224 m，最大埋深為363 m。左洞推薦采用1座豎井分兩段送排式通風(fēng)，右洞推薦采用1座斜井分兩段送排式通風(fēng)。

1.2 隧道工程地質(zhì)

隧道區(qū)地形地貌屬構(gòu)造剝蝕溶蝕侵蝕低山地貌，臺(tái)地地形。隧道橫穿仁和坪東西向山脈，位于南河北岸，經(jīng)過區(qū)域山頂?shù)乇淼匦握w呈波狀起伏，出口南河為巖溶溶蝕深切形成的深谷，兩岸岸坡均較陡。

隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于仁和坪向斜北翼至核部，向斜北翼較平緩且呈波狀起伏，其產(chǎn)狀多變，由多個(gè)次級(jí)小型背斜與向斜組合而成;向斜核部巖層較陡直，核部擠壓過渡區(qū)由多個(gè)緊閉向斜與背斜構(gòu)成。

隧址區(qū)地層主要為志留系至三疊系地層，三疊系地層有嘉陵江組（T1j）肉紅色中厚層至厚層狀微晶灰?guī)r，大冶組（T1 d1-T1 d2）淺灰色至青灰色薄層至中厚層狀致密灰?guī)r，長(zhǎng)興組（ P2c）灰白色中厚層狀灰?guī)r，吳家坪組（ P2 W）深灰色薄層狀硅質(zhì)巖，茅口組（P1 m）灰色厚層灰?guī)r，棲霞組（P1 q）灰?guī)r、燧石條帶灰?guī)r夾黑色頁巖，石炭系（C）厚度極薄的泥質(zhì)灰?guī)r;志留系地層有泥盆系（D）灰白色、肉紅色塊狀石英砂巖，紗帽組（Ssh）黃綠色薄層狀細(xì)粒石英砂巖、粉砂巖及頁巖。其中S-D屬于非巖溶區(qū);P1m屬巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū);P2w屬巖溶不發(fā)育區(qū);P2c屬巖溶中等發(fā)育區(qū);T1 dl屬巖溶弱發(fā)育區(qū);T1δ一T1j屬于巖溶極發(fā)育區(qū)。

根據(jù)調(diào)查區(qū)巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄特點(diǎn)，可將隧址區(qū)劃分為黃龍洞地下暗河系統(tǒng)（Y-1）、大溝分散排泄巖溶水系統(tǒng)（Y-2）、南河北岸分散巖溶水系統(tǒng)（N-1）、麒麟觀暗河系統(tǒng)（N-2）、大泉河巖溶水系統(tǒng)（N-3）。其中黃龍洞地下暗河系統(tǒng)（Y-1）與大溝分散排泄巖溶水系統(tǒng)（Y-2）發(fā)育于二疊系巖溶含水層中;南河北岸分散巖溶水系統(tǒng)（N-1）、麒麟觀暗河系統(tǒng)（N-2）、大泉河巖溶水系統(tǒng)（N-3）發(fā)育于三疊系巖溶含水層中。

從巖溶水文地質(zhì)角度看，本項(xiàng)目控制性工程為穿越仁和坪向斜的麒麟觀隧道，該隧道為特長(zhǎng)復(fù)雜巖溶隧道，其巖溶及巖溶地下水的發(fā)育情況將直接關(guān)系到線路方案的確定以及隧道施工和運(yùn)營(yíng)過程中突水、突泥風(fēng)險(xiǎn)的控制。

2 工可階段路線方案研究

根據(jù)路線整體走向及通道方案研究，結(jié)合路線起點(diǎn)、終點(diǎn)及中間控制性因素，工可階段針對(duì)麒麟觀隧道擬定了A、B、C三個(gè)方案，如圖2所示。

三個(gè)方案的擬定思路和總體區(qū)別在于：A方案繞避了麒麟觀暗河主管道，為減小省際隧道工程規(guī)模，利用湖南省裕民村以南溝谷走廊帶布線;B方案為走向順適方案，隧道與麒麟觀暗河管道平面交叉;C方案繞避了麒麟觀暗河管道，并從走向順適的角度布設(shè)線位，在一定程度增加了省際隧道爐紅山隧道工程規(guī)模。A、B、C方案在湖南省境內(nèi)干溝河附近匯合，繼而共線至慈利，涉及湖北、湖南兩省。各方案比較見表1～2。

從表1～2可以看出，單從路線長(zhǎng)度、工程規(guī)模來看，B方案走向最順適，里程最短;A、C方案為避開麒麟觀暗河管道，存在一定的繞行;C方案較A方案路線更為順適，工程規(guī)模較A方案小。

從隧道地質(zhì)條件來看，B方案麒麟觀隧道位于麒麟觀暗河系統(tǒng)，穿越暗河的集中排泄通道，施工期間易形成瞬時(shí)高壓突水以及持續(xù)突水涌泥，施工風(fēng)險(xiǎn)大，后期運(yùn)營(yíng)階段存在較大風(fēng)險(xiǎn);A、C方案繞避了麒麟觀暗河管道，施工風(fēng)險(xiǎn)可控;根據(jù)呼北高速湖南段工可研究報(bào)告，C方案省界爐紅山隧道湖南境內(nèi)巖溶發(fā)育，存在較大地下暗河。

經(jīng)綜合比選和兩省協(xié)商后，工可推薦A方案。

3 初步設(shè)計(jì)隧道路線方案比選

本項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段，襄常高鐵工可推薦方案已確定。本項(xiàng)目與襄常高鐵在五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)沙淌村相交，交叉方式為隧道與隧道相交，鐵路下穿公路。為增加高速公路與高速鐵路的交叉角度，減小麒麟觀隧道與高鐵馬巖墩隧道交叉段的影響長(zhǎng)度，優(yōu)化麒麟觀隧道縱坡，尋求合適位置跨越高鐵。初步設(shè)計(jì)在工可推薦A方案的基礎(chǔ)上，對(duì)麒麟觀隧道工可推薦方案進(jìn)行優(yōu)化，擬定了K線和A1線方案，如圖3所示。

本項(xiàng)目高程控制點(diǎn)是起點(diǎn)KO+ 000交叉處的宜張南高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)高228. 215 m和襄常高鐵交叉處的高鐵設(shè)計(jì)標(biāo)高及麒麟觀隧道出口南河設(shè)計(jì)洪水位467. 69 m。路線起點(diǎn)至麒麟觀隧道進(jìn)口之間約8 km布設(shè)了起點(diǎn)全福河樞紐互通、大溝停車區(qū)、省界收費(fèi)站，扣除以上段落路線所需設(shè)置的緩坡外，麒麟觀隧道進(jìn)口其余路段縱坡均達(dá)3%～4%。

襄常高鐵需在漁洋關(guān)設(shè)置高鐵站，受漁洋關(guān)高鐵站標(biāo)高影響，同時(shí)高鐵馬巖墩隧道需在南河露頭，高鐵隧道原設(shè)計(jì)縱面指標(biāo)為20‰11 136. 438 m、29‰/8 000 m、-4. 07‰/2 600 m。

經(jīng)與襄常高鐵設(shè)計(jì)單位協(xié)商、論證，結(jié)合交叉處隧道地質(zhì)情況，交叉處公路設(shè)計(jì)標(biāo)高與高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)高高差擬按≥35 m的最低要求控制，并通過增大公路上坡坡度、減小鐵路上坡坡度進(jìn)行調(diào)整，高鐵長(zhǎng)上坡由原29‰/8 000 m調(diào)整為27. 18‰/8 000 m。

受本項(xiàng)目起點(diǎn)宜張南高速設(shè)計(jì)標(biāo)高影響及設(shè)置互通、停車區(qū)、主線收費(fèi)站縱坡需要，麒麟觀隧道進(jìn)口高程基本確定。為優(yōu)化隧道縱坡，利用公路與鐵路縱坡之差，結(jié)合交叉處地質(zhì)情況，K線、Al線只能選擇在工可A方案以西提前跨越高鐵。由于K線、A1線總體隧道地質(zhì)相當(dāng)，上跨高鐵之前，兩方案的比選核心就是縱坡比選，通過增加路線長(zhǎng)度來達(dá)到減小隧道縱坡的目的。方案比選見表3。

從表3可以看出，兩個(gè)方案隧道土建工程造價(jià)相差不大，平面指標(biāo)均較高。Al線平面線形相對(duì)更順暢，但A1線與襄常高鐵交叉角度小，隧道影響段長(zhǎng)度長(zhǎng)，隧道縱坡達(dá)2. 3%，坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，考慮本隧道為特長(zhǎng)隧道，下行方向隧道洞外為連續(xù)長(zhǎng)大下坡，需減小隧道縱坡有利于行車安全，并滿足《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》中“長(zhǎng)度L>5 000 m隧道、縱坡宜控制在2%以下”的要求;K線路線呈S型，對(duì)通風(fēng)有一定影響，由于K線縱坡較小，斜豎井規(guī)模較A1線小、斜井施工條件好，隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)總裝機(jī)功率較A1線小、運(yùn)營(yíng)通風(fēng)成本低。

經(jīng)綜合比選，初步設(shè)計(jì)推薦K線。

跨越高鐵后，由于白巖圈以南至南河為巖溶極發(fā)育地段，也是隧道主要涌水地段，考慮施工排水，減小運(yùn)營(yíng)階段排水路徑需要，在白巖圈附近設(shè)置人字坡。同時(shí)考慮麒麟觀隧道出口施工便道設(shè)置需要，避免前后隧道通風(fēng)串流，減小省界爐紅山隧道規(guī)模，避免爐紅山隧道采用分段式通風(fēng)，降低管理難度和運(yùn)營(yíng)成本，經(jīng)綜合比較后，K線麒麟觀隧道縱坡設(shè)置如圖4所示。

4 結(jié)語

經(jīng)過綜合對(duì)比分析，初步設(shè)計(jì)K線為麒麟觀隧道推薦方案。對(duì)于長(zhǎng)大隧道，特別是巖溶發(fā)育地段隧道以及涉及鐵路共用走廊帶的隧道，在進(jìn)行路線平縱比選時(shí)有以下結(jié)論和建議：

（1）長(zhǎng)大隧道在服從路線總體走向的前提下，應(yīng)重視地質(zhì)條件比選，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，特長(zhǎng)隧道應(yīng)控制路線走向。

（2）巖溶發(fā)育地段特長(zhǎng)隧道應(yīng)根據(jù)隧道涌水情況，結(jié)合隧道施工、運(yùn)營(yíng)管理設(shè)置人字坡，合理確定人字坡變坡點(diǎn)位置。

（3）特長(zhǎng)隧道應(yīng)考慮全壽命周期內(nèi)隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)成本，有條件時(shí)應(yīng)盡量減小隧道縱坡。

（4）當(dāng)公路、鐵路共用路線走廊，路網(wǎng)位于省界時(shí)，在設(shè)計(jì)各階段，不同設(shè)計(jì)單位之間應(yīng)及時(shí)溝通銜接，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

（5）在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)統(tǒng)籌公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、服務(wù)全過程，強(qiáng)調(diào)均衡協(xié)調(diào)，突出建、管、養(yǎng)、運(yùn)并重，降低隧道全壽命周期成本。

參考文獻(xiàn)

[l]JTG BOl - 2014，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTG D20 - 2017，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

[4]JTG/T D70 - 2010，公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[5]JTG/T D70/2 - 02 - 2014，公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[6]中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）.宜昌一張家界高速公路漁洋關(guān)地區(qū)巖溶水文地質(zhì)專題研究報(bào)告[R].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），2018.

作者簡(jiǎn)介：鄒永艷（1978-）.高級(jí)工程師，主要從事隧道工程設(shè)計(jì)工作。