高速公路特長隧道路線方案研究

作者簡介：

石忠利（1990—），工程師，碩士，主要從事道路工程的設計與研究工作。

長度>5 000 m的特長公路隧道方案選擇和勘察設計難度很大，且隧道路線方案的控制因素很多。文章以廣西南丹至天峨下老高速公路燕來隧道的勘察設計為依托，同時結合相鄰省份高速公路特長隧道的建設運營情況，研究特長隧道的路線方案選擇及相應的輔助坑道設計，為特長隧道路線方案的選擇提供借鑒和參考。

特長隧道;路線方案選擇;輔助坑道

U452A401384

0 引言

近年來，隨著高速公路建設的發展及隧道修建技術的提高，越來越多的高速公路選擇特長隧道作為穿越山嶺的工程形式[1]。根據以往工程經驗，當建造長度超過5 000 m的特長隧道時，隧道勘察設計、施工和運營管理難度都明顯增加，選擇正確的特長隧道線位對高速公路的順利推進起著至關重要的作用。目前，廣西尚未有長度>5 000 m的隧道，本文以廣西在建的南丹至天峨下老高速公路燕來隧道為依托，同時調查相鄰省份高速公路特長隧道的建設運營情況，研究特長隧道的路線方案選擇及相應的輔助坑道設計，為特長隧道的路線方案選擇提供借鑒和參考。

1 特長隧道路線方案選擇的控制因素

南丹至天峨下老高速公路位于河池市的南丹縣和天峨縣境內，是《廣西高速公路網規劃》（2018—2030）高速公路網布局方案中的“橫2”線，是廣西通往貴州方向的高速公路通道，是連接G75蘭海口高速公路和G69銀百高速公路的重要紐帶通道，路線全長104.9 km，橋隧比為74.3%，而燕來隧道是全線的重要控制性工程之一。

燕來隧道設有1處斜井作為通風坑道和施工專用。該隧道下穿燕來鄉，隧道最大埋深為435 m，最淺埋深為41 m。隧址區存在斷層5條，隧道洞頂存在沖溝2條，沖溝覆蓋層較薄，且存在滑坡堆積，隧道出口存在淺埋偏壓，隧道路線方案的布設受限制因素多。該隧道在沖溝處設置斜井，斜井對施工工期起到關鍵性作用。根據燕來隧道在設計中遇到的問題，對特長隧道路線方案選擇的控制因素進行總結。

確定高速公路特長隧道走廊帶的控制因素有：

（1）村莊分布情況。根據項目周邊村莊分布情況，分析項目的建設是否對周邊居民生活環境造成影響。

（2）工程規模。在滿足周邊交通需求的同時，選擇經濟、實用、合理的隧道布設方案。

（3）水文地質條件。隧道施工及運營受地下水影響較大，需詳細調查隧道走廊帶內與周邊飲用水源區、地下河及水庫的位置關系及相互影響。

確定特長隧道路線考慮的4個控制因素：（1）特長隧道作為控制性工程，隧道位置的選擇決定著路線方案的成敗，特長隧道應進行不同位置和長度的比選;（2）特長隧道埋深大且地質條件復雜，不良地質分布廣泛，工程地質勘察和圍巖劃分的準確度直接影響隧道造價和安全;（3）隧道輔助坑道的勘察設計決定著隧道建設工期和施工成本，輔助坑道設置應考慮其作用、規模、形式，結合地形、地質、水文、環保等客觀因素[2-3];（4）項目周邊工程情況，看工程是否會影響周邊自然保護區、水源保護區、村莊、公路、水利等設施。

2 特長隧道路線走廊帶選擇

特長隧道作為高速公路重要控制性工程之一，首先，需考慮擬建高速公路能滿足方便周邊民眾出行和促進經濟發展的需要，盡可能選擇對地方環境影響和破壞少的線位，綜合比選分析工程造價和路線長短。同時，特長隧道的比選應充分考慮地質因素，做好地質勘察才能保證隧道施工和運營期間的安全和經濟合理。地質條件是隧道造價、施工和運營的一個重要影響因素，例如當隧道遇到涌水突泥等不良地質時極易造成施工安全事故，使工期和造價均會大幅增加。

燕來隧道在初步設計階段設有兩個走廊帶方案：南線走廊帶隧道設1.4 km隧道和4.2 km隧道組合，中間有800 m路基;北線走廊帶設6.3 km隧道方案。兩個方案比選情況如下：

（1）南線走廊帶以路基和橋梁從燕來鄉后經過，隧道長度短，隧道地質條件好，工程造價低。兩隧道間路基和橋梁占用部分基本農田。燕來隧道進口處位于原燕來鄉中心所在地，入口附近房屋密集，與燕來鄉幼兒園和小學相距均不足100 m，路基上有5級順層高邊坡，施工噪音大，擾亂居民生活，且施工爆破時可能造成民房受損或邊坡塌方。

（2）北線走廊帶在南線走廊帶的基礎上往北側偏移500 m，以隧道的形式下穿燕來鄉，避免占用基本農田，對村莊和學校沒有干擾，且無順層高邊坡、滑坡堆積等不良地質，沿線拆遷少，隧道長度長，造價高。

因此，考慮減少高速公路對沿線居民生活的影響，降低征拆難度，減少占用基本農田，打造綠色公路與品質工程，選擇北線走廊帶。

3 特長隧道路線方案的選擇

燕來隧道段路線方案在北線走廊帶的基礎上，根據隧道洞口位置、洞身地質條件及前后構造物設置條件設計兩個方案進一步研究比選。

方案一采用高縱坡方案，采用燕來1號（長1 610 m）、燕來2號（長325 m）和燕來3號隧道（長4 226 m）組成的隧道群方案。由于燕來1號隧道出口地勢較高，路線縱坡較大，導致洞口前橋梁長度長，存在很多60 m以上的高墩，且這段路均為橋隧相接，無預制梁廠，施工難度大。

方案二采用低縱坡方案，將燕來1號、燕來2號和燕來3號隧道合成一個燕來隧道（6 311 m），增加隧道埋深，降低洞口前高程，從而使洞口前橋墩高度降低，同時將部分橋梁改成路基。

燕來隧道段兩方案構造物設置情況和主要經濟技術指標對比見表1和表2。

根據以上對比可知：

（1）技術指標：方案一最大縱坡為3.5%，隧道內縱坡為2.5%，均明顯大于方案二，方案二技術指標優于方案一。

（2）工程規模：方案二與方案一相比，隧道規模大，且增加一處265 m的斜井，橋梁規模小，土石方數量少，整體工程規模小，工程造價低。

（3）施工難易程度：方案一橋梁最大墩高為80 m，且該路段均為橋隧，無路基做預制梁廠，橋梁施工難度大;方案二橋梁最大墩高降低了30 m，且在燕來隧道洞口段增加一段550 m長的路基，可作為橋梁預制梁廠，極大地方便了橋梁施工。方案一采用隧道群方案，由燕來1號、燕來2號和燕來3號隧道組成，隧道施工工作面多，但洞口多，且部分洞口存在滑坡堆積;方案二隧道長6.3 km，設置斜井作為施工掌子面，施工工作面少，但洞口無須處治不良地質。因此，兩方案隧道施工難度相當，但方案二施工難度更低。

（4）地質條件：方案一中3座隧道間洞口均為沖溝，沖溝常年流水，且沖溝兩側廣泛分布滑坡堆積，洞口均需加強處治;方案二縱坡下壓，洞身埋深增加，圍巖等級較方案一占優，且無須處治洞口滑坡堆積體。方案二地質條件更優。

（5）運營安全：對兩方案進行安全性評價和運行速度檢驗，兩方案沿線相鄰路段之間的技術指標合理，相鄰路段線性設計連續性好，兩方案運營安全性相當。

從以上五方面進行綜合比選分析，方案二技術指標較優，施工難度低，地質條件好，工程造價低，因此確定了方案二為最終施工圖設計方案。

4 輔助坑道的設計

根據《公路隧道設計規范（第二冊 交通工程與附屬設施）》[4]，采用縱向排煙的單向交通隧道，排煙設計的火災煙霧最大行程在隧道內不宜>5 000 m，因此，為滿足通風和項目工期的要求，長度>5 000 m的特長隧道一般需設置輔助坑道，輔助坑道采用斜井居多。輔助坑道僅作為施工通道時，應綜合考慮工程造價和施工工期。如何布置最為合理，當采用斜井作為施工通道和通風作用時，應綜合考慮施工工期、通風方式和工程造價等因素，選擇合理的斜井位置。

（1）施工工期

南丹至天峨下老高速公路計劃工期為36個月，燕來隧道長6 311 m，根據廣西其他在建和已建成項目的隧道建設經驗，各級圍巖段隧道單向綜合掘進速度為：Ⅲ級圍巖段120 m/月;Ⅳ級圍巖段80 m/月;Ⅴ級圍巖段35 m/月。根據地質勘察資料，燕來隧道圍巖情況見表3。

若不設斜井采用對頭掘進施工，估算其工期為41個月，不滿足工期要求。為確保項目及時通車，需合理選擇斜井位置。燕來隧道左側120 m處有一處高程快速下降的山谷，可設計一條長約266 m的順坡排水施工/通風斜井，斜井采用順坡自然排水，掌子面不積水利于施工安全及進度，主洞斜井接入位置距離燕來隧道進口1 775 m，距離隧道出口4 536 m，因此燕來隧道的施工工期取決于斜井至出口段的施工時間。根據圍巖估算燕來隧道工期為28.8月，再考慮剩余的電纜溝、路面和機電設施施工時間，燕來隧道估算工期為32個月，同時考慮到特殊地質對隧道施工的影響，工期考慮富余部分時間以確保項目按時通車。

（2）通風方案

燕來隧道為特長隧道，輔助坑道的設置須結合防災救援系統統籌考慮，因此，選擇合適的輔助坑道影響隧道通風方案的設計。目前廣西尚未有建成長度>5 000 m的隧道，調查相鄰省份高速公路特長隧道斜井情況及通風方式見表4。

由此可見，長度>5 500 m的高速公路隧道采用分段式通風方式居多，而采用分段式通風方式的隧道基本采用送排式通風方式。燕來隧道在正常通風工況下，可采用“斜井送排式+全射流縱向”通風方式，在火災工況下采用單排式排煙方案，在該處設置斜井后排煙行程滿足規范中對排煙行程≤5 000 m的要求。

5 結語

（1）特長隧道作為高速公路的控制性工程，項目的建設對周邊村莊、水資源的保護、地方經濟的促進作用影響比較大，是特長隧道走廊帶的控制性因素。

（2）特長隧道的工程造價和安全受地質條件影響較大，應做好工程地質勘察，對不同的隧道位置和路線方案進行技術經濟比選。

（3）輔助坑道的設計方案是影響特長隧道方案的關鍵因素，輔助坑道的設計決定了隧道施工工期、通風方案、施工成本、運營成本。工期估算時，必須考慮特殊地質對隧道施工的影響。

[1]路仕洋.當金山特長隧道設計方案研究[J].隧道建設，2014（5）：452-459.

[2]翟正平.特長公路隧道方案選擇[J].中外公路，2018，38（4）：223-229.

[3]楊長健，吳湘濱.特長隧道施工地質環境調查評價與控制研究[J].西部交通科技，2006（3）：100-104.

[4]JTG D70/2-2014，公路隧道設計規范（第二冊交通工程與附屬設施）[S].