巖溶地區高速公路總體設計要點

1 引言

喀斯特是一種在我國西南部廣泛存在的地形。 溶洞、天坑等地質現象是喀斯特地貌的重要特點。 溶洞滲漏強烈，成土速度緩慢，侵蝕力強，植被易受損害，形成強烈的溶洞地區生態脆弱特性，因此，巖溶地貌對高速公路的建設提出了巨大挑戰。

2 項目地質概況

曲靖至百色高速公路羅平至八大河段，全長約35 km，沿線多以橋梁、隧道跨越溝谷及斜坡凹地、巖溶洼地地段，地形呈波浪形起伏，一般溝谷內發育褐黃、灰黃色硬塑狀粉質黏土、碎石等，路線處于碳酸鹽巖區，對橋梁基礎及隧道圍巖的穩定性不利。 綜合鉆探結果、現場調查資料可知，路線現狀下不良地質以巖溶、滑坡為主，巖溶發育，絕大部分集中分布在K56+700～K63+700 段，表現為溶溝、溶槽、巖溶洼地、溶洞等，這些不良地質均不利于工程建設的順利進行，因此在設計時必須考慮巖溶地區地質條件的特殊性，深化設計，保證設計方案切實可行。

3 工程建設條件

3.1 地震

根據相關區域地質資料顯示： 擬建路線通過區域處于多構造體系的復合部位， 斷裂構造復雜， 且有強烈的繼承性活動，形成了區內較為頻繁的地震活動，但震級不高。

3.2 地形、地貌

3.2.1 峰叢洼地地貌

羅平盆地以東均發育有峰林谷地地形，峰體的形態、規模與峰叢的峰體相似，洼地相通或形成溶蝕谷地，其間為紅色黏土層覆蓋，溶斗和溶井、地下暗河發育良好，地下水位一般不深，地下水的運動形式以水平方向徑流為主。

3.2.2 侵蝕深切山地地貌

主要分布在南盤江兩側，出露巖性以碎屑巖為主，塑造山地的主要作用為水流侵蝕和搬運。 地表河流、溝谷高度發育，切割密度很大，地形支離破碎。 侵蝕方向以下切為主，水流一般都很大，谷地橫剖面層。

3.3 巖溶

根據地質調查、物探、鉆探資料揭示，本項目路線范圍內巖溶極發育，表現為溶溝、溶槽、石芽、巖溶洼地、巖溶漏斗、溶洞、地下暗河等。 特別是C2 線K57+400～K63+500 段溶洞、地下暗河極發育，對路線影響極大。

4 項目總體設計思路

4.1 路線設計

項目大水井至芭蕉菁路段位于山區、溝谷區，屬峰叢洼地地貌，地形較復雜，沿線分布有萬峰山風景保護區、800 kV 高壓輸電線路等控制因素，總體設計以橋隧為主。 路線布設充分考慮工程規模、地質條件、隧道進出口地形、橋位布設條件及萬峰山風景區范圍等因素，共對C1～C8 共8 個路線方案進行了研究，如圖1 所示。

圖1 大水井至芭蕉菁段路線方案比較平面圖

在對C1～C8 方案研究后，放棄了受巖溶漏斗洪水位影響隧道縱坡大于3%的C3 方案、 侵入萬峰山風景保護區核心區的C4 方案， 終點標高與兩省接線協議不符的C5、C6、C7、C8方案。 選擇路線偏工程可行性研究推薦方案西側，以長隧道形式通過該路段的C1 線方案與總體設計以長隧道為主以及在工程可行性研究推薦方案基礎上優化后形成C2 線方案進行分析比較[1-3]。

C1 線方案：路線起點位于新溝村東側，于K56+179 設大水井互通，路線穿越牛角山鞍部后設折白隧道（長度4 924 m）穿過山脊至大坡山東側，路線沿山坡一路降坡，設多依河大橋跨越Z046 縣道、053 鄉道及山坳至芭蕉箐。C1 線長8.381 km。C2 線方案：路線起點同C1 線，于C2K56+603 處設置大水井互通，路線一路向南設花房隧道（長度378 m）、大白巖隧道（長度278 m）穿過山體，設栗樹坡大橋、板臺口大橋跨越山谷及山間溶洞區域；路線轉向南偏西方向設歇場隧道（長度2 557 m）穿越山體至大坡山東側后與C1 線共線至芭蕉箐。C2 線長9.0 km。

1）建設條件。 兩方案所經區域除大水井互通段為巖溶平原，其余地段均為峰叢洼地地貌，地形較復雜。 路線范圍內地形起伏較大，局部山高坡陡。 兩方案相距不遠，工程地質條件基本一致，路線區域內不良地質主要為巖溶漏斗。 路線內上覆主要為第四系粉質黏土，下伏多為灰巖，總體而言，區域工程地質條件一般，二者相當。 C1 線局部隧道從巖溶漏斗邊緣下方穿過， 施工期受降雨影響較大，C2 線局部區域穿過巖溶漏斗區，路線設計標高受淹沒區洪水位標高影響較大。 沿線均有地方道路，施工進場條件稍好。

2）與原有公路、農田水利等干擾情況。 兩線位穿越楚穗800 kV 高壓輸電線路段均滿足相關電力要求。C2 線需兩次上跨水電站輸水隧道，路線設計標高受隧洞標高控制。

3）與風景區范圍等已有規劃的關系。 C1 線采用長隧道方案通過萬峰山景區實驗區， 路線完全避開景區緩沖區和核心區，滿足風景保護區相關要求。 C2 線部分路段采用橋梁方式穿過萬峰山景區緩沖區，無法滿足《曲靖市林業局關于準予在羅平萬峰山市級自然保護區實驗區建設高速公路的行政許可決定》（曲市林[2016]156 號）中相關規定。

4）工程規模。 C1 線橋梁長度2 540 m，隧道長度4 924 m，其中，隧道最大長度4 924 m；C2 線橋梁長度4 550 m，隧道長度3 213 m，其中隧道最大長度2 557 m。 從主要工程數量看，C1 線比C2 線橋梁減少2 010 m，隧道增加1 711 m，特別是隧道最大長度4 924 m，建造成本和營運成本均比C2 線高。

綜上所述， 本路段兩個方案建設條件和地質情況相差無幾，C2 方案主要以橋梁+ 短隧道方式通過，C1 方案主要以橋梁+ 長隧道方案通過，C2 方案建造成本和運營維護成本較C1 方案略微節省，但路線穿過萬峰山景區緩沖區，縱坡限制條件較多，C1 方案隧道長度4 924 m，施工工期長，建造成本及運營成本略高，但完全避開萬峰山風景區緩沖區，符合相關部門要求。 綜合考慮，選擇C1 線方案為推薦方案。

4.2 縱面設計

項目路線全長約35 km， 起點馬鞍山樞紐處設計高程1 491.73 m，終點設計高程848.38 m，高差643.35 m，平均縱坡約1.8%，最大縱坡4.0%/3 處，最短坡長400 m/1 處，豎曲線半徑均大于80 km/h 計算行車速度所對應的視覺所需的最小豎曲線半徑。

本項目起點至K44+800 段縱坡較為平緩，K44+800～K56+700 段平均縱坡為2.217%，坡長11.9km。 縱面指標滿足JTG D20—2017《公路路線設計規范》和設計細則的要求。本項目K56+150～K70+000 段一路降坡， 平均縱坡為-2.67%，坡長13.85 km，高差369.95 m，縱面指標滿足JTG D20—2017《公路路線設計規范》中有關連續長、陡下坡的平均坡度與連續坡長的規定。

4.3 巖溶路基設計

1）填方路堤。 （1）基底基巖缺乏平整性，可見局部存在溶槽、石林等，直接于該處建設時可能出現結構不平整、不密實等問題，為此以爆破整平的方法處理基底，要求處理后的殘留高差不大于50 cm。 （2）基底存在土洞，分兩種情況考慮，覆土小于3 m 時安排開挖回填，覆土超過3 m 時進行鋼花管注漿，利用漿液將土洞填充至密實的狀態。 （3）基底存在溶洞時，首先確定溶洞頂板厚度與路基跨越長度的比值， 再根據比值采取相應的處理措施。

2）挖方路塹。 （1）挖方邊坡存在露出的溶洞，為維持邊坡的穩定性，采取漿砌片石封堵的處理方法。 （2）對于基底產生的開口溶洞，分小于2 m 和大于2 m 兩種情況考慮，前者用鋼筋混凝土蓋板封蓋嚴密，后者填充片石同時用漿砌片石封口。

3）開挖后基底存在溶洞時，首先確定溶洞頂板厚度與路基跨越長度的比值，再根據比值采取相應的處理措施[4]。

5 巖溶隧道的設計要點

1）隧道開挖面外發育深度＜2.0 m 的溶洞及僅存在少量地下水的施工段，或是發育溶洞但分布在邊墻處，針對此類地質路段的處治宜采取回填的方法。 （1）溶洞在邊墻發育：回填厚度不少于1.5 m 的漿砌片石，按2 m 的間距依次設置HDPE透水管，連通至側水溝。 （2）溶洞在拱腰上發育：回填施工采用泵送C15 混凝土的方法，根據溶洞的尺寸，四周設錨桿，間距取1.2 m×1.2 m，錨桿入巖深度至少為1.0 m，以免二襯在泵送混凝土時受到過強的壓力作用。 回填后，完成鋼筋網初期支護及其他的防護工作。 （3）溶洞在基礎及路面下發育：回填M7.5號砂漿片石，按2 m 的間距依次設置HDPE 透水管。

2）拱腰以上開挖面外發育深度超過2.0 m、寬度小于隧道開挖面的溶洞，按如下方法處理：（1）溶洞存在填充物但能夠被有效清除， 或溶洞無填充物： 泵送厚度不少于100 cm 的C25 混凝土，按1.2 m×1.2 m 的間距、入巖深度不少于1.5 m 的要求打設錨桿。 隨后，組織噴射混凝土、鋼筋網初期支護等工作。 （2）溶洞內有填充物：以30 cm 的環向間距布設φ42 mm×4 mm 超前小導管，開挖預裂爆破，按50 cm 的間距設工字鋼；鋼架基腳部位適當擴挖，目的在于擴大基礎，維持基礎的穩定性；施作鎖腳錨桿、鋪設鋼筋網，必要時采用鋼筋混凝土結構（主要視溶洞發育情況而定）；為加強排水，預埋φ100 mmHDPE透水管。

3）基礎及路面下方分布大型溶洞時，以跨越的方法加以處理。 （1）溶洞發育相對較寬：設樁基或擴大基礎，以鋼筋混凝土梁的形式進行跨越，為減小水對工程的影響，部分地段的水流量較大時，為促進排水而設置涵管或其他的過水通道。 （2）溶洞在某方向寬度較窄： 設置高度為50～100 cm 的鋼筋混凝土梁，實現跨越。 排水方面，采取預埋φ100 mmHDPE 透水管的方法，部分地段的水流量較大，為促進排水而設置涵管或其他的過水通道。

4）橋梁設計。 （1）主梁設計。 鋼箱組合梁采用單箱雙室斷面，主梁40 m、梁高200 cm，主梁30 m、梁高160 cm，其中，橋面板厚32 cm。鋼箱頂底板橫向平行，腹板高度相同，橫坡由柱高及墊石調整。 鋼主梁采用Q345D 槽形直腹板鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。 主梁之間采用橫隔板加強橫向聯系， 中間每隔3 m 設置一道橫隔板， 支點附近適當加密，支點設置支點隔板。 主梁下翼緣厚度變化，墩中支點范圍采用20 mm 鋼板，其余采用14 mm 鋼板。上翼緣厚度變化，墩中支點范圍采用28 mm 鋼板，其余采用20 mm 鋼板。 腹板厚度均采用14 mm 鋼板。 （2）橋面板設計。 橋面板主梁范圍采用等厚度形式，總厚度32 cm，其中預制板厚度8 cm，翼緣懸臂采用變厚度，翼緣端部厚18 cm，翼緣根部厚32 cm，梁端伸縮縫處采用等厚度。 橋面板混凝土采用C50 混凝土。

6 結語