麒麟觀特長公路隧道路線方案比選分析

鄒永艷 代少力

摘要：文章結合麒麟觀隧道工程實例，從路線平面、縱面、通風、施工、運營成本等方面，對工可階段與設計階段的不同路線方案進行了綜合比選分析，最終確定了隧道路線推薦方案。

關鍵詞：麒麟觀隧道;隧道路線方案;地質選線;巖溶隧道

中圖分類號：U452. 1+3文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 034

文章編號：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，長約2x8.2 km，屬于特長公路隧道。隧道出口緊鄰鄂湘省界，區域巖溶發育，存在巖溶管道和地下暗河，并與規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于優化路網結構、降低工程規模及控制風險具有重大意義。本文對該隧道路線方案進行比選分析。

1 工程概況

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

本項目全線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為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。起點與宜張南高速T型交叉，路線向西南前行，沿大溝布線，在財神廟以西進入麒麟觀隧道，路線向西繞避麒麟觀暗河管道，在五峰漁洋關鎮楊木洞村附近“露頭”跨南河，設置南河嶺隧道，繼而再次設置爐紅山隧道穿越鄂湘兩省交界爐紅山，對接呼和浩特至北海高速公路湖南段，項目終點位于鄂湘兩省交界處，推薦線路線全長約18. 803 km。項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隧道，建筑限界為10. 50 mxs.Om，進口位于湖北省宜都市王家畈鄉大溝村，出口位于湖北省五峰土家族自治縣漁洋關鎮麒麟觀村。初擬隧道左洞起訖里程樁號為ZK7+917～ZK16+ 133，長8 216 m，最大埋深約360 m;右洞起訖里程樁號為YK7+946～YK16+170，長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，右洞推薦采用1座斜井分兩段送排式通風。

1.2 隧道工程地質

隧道區地形地貌屬構造剝蝕溶蝕侵蝕低山地貌，臺地地形。隧道橫穿仁和坪東西向山脈，位于南河北岸，經過區域山頂地表地形整體呈波狀起伏，出口南河為巖溶溶蝕深切形成的深谷，兩岸岸坡均較陡。

隧址區地質構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，其產狀多變，由多個次級小型背斜與向斜組合而成;向斜核部巖層較陡直，核部擠壓過渡區由多個緊閉向斜與背斜構成。

隧址區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巖，大冶組（T1 d1-T1 d2）淺灰色至青灰色薄層至中厚層狀致密灰巖，長興組（ P2c）灰白色中厚層狀灰巖，吳家坪組（ P2 W）深灰色薄層狀硅質巖，茅口組（P1 m）灰色厚層灰巖，棲霞組（P1 q）灰巖、燧石條帶灰巖夾黑色頁巖，石炭系（C）厚度極薄的泥質灰巖;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）黃綠色薄層狀細粒石英砂巖、粉砂巖及頁巖。其中S-D屬于非巖溶區;P1m屬巖溶強發育區;P2w屬巖溶不發育區;P2c屬巖溶中等發育區;T1 dl屬巖溶弱發育區;T1δ一T1j屬于巖溶極發育區。

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

從巖溶水文地質角度看，本項目控制性工程為穿越仁和坪向斜的麒麟觀隧道，該隧道為特長復雜巖溶隧道，其巖溶及巖溶地下水的發育情況將直接關系到線路方案的確定以及隧道施工和運營過程中突水、突泥風險的控制。

2 工可階段路線方案研究

根據路線整體走向及通道方案研究，結合路線起點、終點及中間控制性因素，工可階段針對麒麟觀隧道擬定了A、B、C三個方案，如圖2所示。

三個方案的擬定思路和總體區別在于：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線位，在一定程度增加了省際隧道爐紅山隧道工程規模。A、B、C方案在湖南省境內干溝河附近匯合，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，單從路線長度、工程規模來看，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，工程規模較A方案小。

從隧道地質條件來看，B方案麒麟觀隧道位于麒麟觀暗河系統，穿越暗河的集中排泄通道，施工期間易形成瞬時高壓突水以及持續突水涌泥，施工風險大，后期運營階段存在較大風險;A、C方案繞避了麒麟觀暗河管道，施工風險可控;根據呼北高速湖南段工可研究報告，C方案省界爐紅山隧道湖南境內巖溶發育，存在較大地下暗河。

經綜合比選和兩省協商后，工可推薦A方案。

3 初步設計隧道路線方案比選

本項目初步設計階段，襄常高鐵工可推薦方案已確定。本項目與襄常高鐵在五峰縣漁洋關鎮沙淌村相交，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度，優化麒麟觀隧道縱坡，尋求合適位置跨越高鐵。初步設計在工可推薦A方案的基礎上，對麒麟觀隧道工可推薦方案進行優化，擬定了K線和A1線方案，如圖3所示。

本項目高程控制點是起點KO+ 000交叉處的宜張南高速公路設計標高228. 215 m和襄常高鐵交叉處的高鐵設計標高及麒麟觀隧道出口南河設計洪水位467. 69 m。路線起點至麒麟觀隧道進口之間約8 km布設了起點全福河樞紐互通、大溝停車區、省界收費站，扣除以上段落路線所需設置的緩坡外，麒麟觀隧道進口其余路段縱坡均達3%～4%。

襄常高鐵需在漁洋關設置高鐵站，受漁洋關高鐵站標高影響，同時高鐵馬巖墩隧道需在南河露頭，高鐵隧道原設計縱面指標為20‰11 136. 438 m、29‰/8 000 m、-4. 07‰/2 600 m。

經與襄常高鐵設計單位協商、論證，結合交叉處隧道地質情況，交叉處公路設計標高與高速鐵路設計標高高差擬按≥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行調整，高鐵長上坡由原29‰/8 000 m調整為27. 18‰/8 000 m。

受本項目起點宜張南高速設計標高影響及設置互通、停車區、主線收費站縱坡需要，麒麟觀隧道進口高程基本確定。為優化隧道縱坡，利用公路與鐵路縱坡之差，結合交叉處地質情況，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線總體隧道地質相當，上跨高鐵之前，兩方案的比選核心就是縱坡比選，通過增加路線長度來達到減小隧道縱坡的目的。方案比選見表3。

從表3可以看出，兩個方案隧道土建工程造價相差不大，平面指標均較高。Al線平面線形相對更順暢，但A1線與襄常高鐵交叉角度小，隧道影響段長度長，隧道縱坡達2. 3%，坡長較長，考慮本隧道為特長隧道，下行方向隧道洞外為連續長大下坡，需減小隧道縱坡有利于行車安全，并滿足《公路隧道通風設計細則》中“長度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，對通風有一定影響，由于K線縱坡較小，斜豎井規模較A1線小、斜井施工條件好，隧道運營風機總裝機功率較A1線小、運營通風成本低。

經綜合比選，初步設計推薦K線。

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

4 結語

經過綜合對比分析，初步設計K線為麒麟觀隧道推薦方案。對于長大隧道，特別是巖溶發育地段隧道以及涉及鐵路共用走廊帶的隧道，在進行路線平縱比選時有以下結論和建議：

（1）長大隧道在服從路線總體走向的前提下，應重視地質條件比選，當地質條件復雜時，特長隧道應控制路線走向。

（2）巖溶發育地段特長隧道應根據隧道涌水情況，結合隧道施工、運營管理設置人字坡，合理確定人字坡變坡點位置。

（3）特長隧道應考慮全壽命周期內隧道運營通風成本，有條件時應盡量減小隧道縱坡。

（4）當公路、鐵路共用路線走廊，路網位于省界時，在設計各階段，不同設計單位之間應及時溝通銜接，統籌設計。

（5）在設計階段，應統籌公路規劃、設計、建設、運營、管理、服務全過程，強調均衡協調，突出建、管、養、運并重，降低隧道全壽命周期成本。

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作者簡介：鄒永艷（1978-）.高級工程師，主要從事隧道工程設計工作。