高速公路隧道群環(huán)保設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用研究

苑俊杰

摘要：本文以洛陽至欒川高速公路嵩縣至欒川段設(shè)計(jì)項(xiàng)目以依托，對(duì)復(fù)雜山區(qū)高速公路隧道群及傍山偏壓隧道的安全環(huán)保等設(shè)計(jì)理念與技術(shù)方案進(jìn)行總結(jié)分析，為國(guó)內(nèi)同類型山區(qū)高速公路建設(shè)提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：隧道群；毗鄰隧道；傍山棚洞；環(huán)保設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

正文：

高速公路是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)交通需求的客觀反映，也是構(gòu)筑交通現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。

山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)與修建，所面臨的最大問題是山區(qū)獨(dú)特的地形、地質(zhì)、水文、生態(tài)等自然環(huán)境。如何使得高速公路的建設(shè)與山區(qū)自然環(huán)境相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)，同時(shí)又使得獲得最佳的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、社會(huì)效益，是每個(gè)即將修建的山區(qū)高速公路必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題。比較突出的例子，諸如因地形復(fù)雜、地質(zhì)條件差，設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)不利于環(huán)保、存在安全隱患、造價(jià)比較高的高大邊坡、高填方及大挖方的路基型式,這些并不契合現(xiàn)代公路設(shè)計(jì)生態(tài)、景觀理念。

洛陽至欒川高速公路是河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中的重要干線，洛陽至欒川高速公路嵩縣至欒川段，是河南省重點(diǎn)高速公路項(xiàng)目。本高速公路項(xiàng)目位于豫西山區(qū)，路線所經(jīng)過的區(qū)域地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，其間山嶺縱橫、溝壑遍布、河谷交織、層巒疊嶂，經(jīng)過詳細(xì)的野外地形地質(zhì)調(diào)查以及主要工點(diǎn)方案對(duì)比，設(shè)計(jì)提出“采用中、長(zhǎng)隧道或短隧道群方式越嶺,縮短路線長(zhǎng)度,減少高填深挖路基，減少高大邊坡，以合理的構(gòu)筑物組合型式保護(hù)環(huán)境、降低工程造價(jià)、提高行車安全性和舒適性”的理念。

1、隧道群的布置

項(xiàng)目起自嵩縣紙房鄉(xiāng)后地村東側(cè)，接同期規(guī)劃并正在實(shí)施的洛陽至嵩縣高速公路，路線向西南依次經(jīng)過嵩縣紙房鄉(xiāng)、何村鄉(xiāng)、德亭鎮(zhèn)、大章鎮(zhèn)、舊縣鎮(zhèn)，欒川縣潭頭鎮(zhèn)、廟子鄉(xiāng)，止于欒川縣廟子鄉(xiāng)河南村北側(cè)，接擬建的武西高速堯山至西峽段。路線全長(zhǎng)約66.587905km。項(xiàng)目所在地區(qū)屬于山嶺區(qū)，地形地貌類型復(fù)雜，地形起伏變化大，地質(zhì)條件復(fù)雜。

本項(xiàng)目結(jié)合地形地勢(shì)條件，在山嶺重丘區(qū)采用隧道群的構(gòu)筑物組合型式，以長(zhǎng)、中、短隧道、抗滑樁護(hù)坡的大跨異型棚洞、偏壓地形“零開挖”半明半暗隧道等相結(jié)合的毗鄰隧道群形式, 順應(yīng)地勢(shì)、減少開挖，達(dá)到與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一的理念。全線設(shè)置24座隧道，在山嶺重丘區(qū)為了減少高邊坡的開挖及環(huán)境保護(hù)，在K101+328~K108+308段布置毗鄰隧道群7座隧道，總長(zhǎng)4832.25米，隧道占該段路線比例近70%。順地勢(shì)而走的隧道群既縮短了路線長(zhǎng)度,又保護(hù)了環(huán)境。

2、傍山棚洞的環(huán)保設(shè)計(jì)

沿線傍山臨河，為了保護(hù)自然環(huán)境，設(shè)置諸多傍山隧道，利用抗滑樁護(hù)坡的大跨異型棚洞，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊坡的少開挖及“零開挖”，真正實(shí)現(xiàn)了與自然環(huán)境和諧融合。五道廟2號(hào)隧道左線出口L1K80+217~L1K80+300段由于山體陡峭，淺埋偏壓嚴(yán)重，由于棚洞緊接五道廟2號(hào)隧道左線欒川端，為了便于施工和結(jié)構(gòu)的流暢，棚洞內(nèi)輪廓擬定與五道廟2號(hào)隧道完全一致，靠山側(cè)采用曲邊墻結(jié)構(gòu)型式。為了便于荷載的回填和結(jié)構(gòu)的美觀，棚洞結(jié)構(gòu)左半幅采用拱形結(jié)構(gòu)，右半幅內(nèi)部采用圓弧形，外部采用平頂式。右側(cè)斜柱內(nèi)壁采用圓弧形，外壁采用平面形，內(nèi)傾角75°，整個(gè)棚洞共設(shè)置11根斜柱。

五道廟棚洞作為一種異型結(jié)構(gòu)，施工順序較為復(fù)雜，要求承包人精心組織、精心施工、保證質(zhì)量。其施工順序如下：① 邊坡外排水溝施作；② 邊坡開挖及支護(hù)。邊坡開挖自上而下，邊開挖邊支護(hù)；③ 棚洞擴(kuò)大基礎(chǔ)、地基梁及樁基礎(chǔ)施工；④斜柱施作，斜柱中鋼筋較密，要求振搗密實(shí)，可采用附著式振搗器；⑤ 托梁施作；⑥ 曲墻平板襯砌施作；⑦ 棚洞防水層施工；⑧ 棚洞外回填層施作；⑨ 洞內(nèi)路面、邊溝及電纜溝施作。

3、“零開挖”半明半暗進(jìn)洞

從環(huán)保的角度考慮，高速公路的修建應(yīng)盡量避免高大邊坡，既破壞環(huán)境，同時(shí)也留有安全隱患?！傲汩_挖”進(jìn)洞是為減少植被破壞，防止水土流失，盡可能不去開挖原始邊坡而保持原生態(tài)平衡的一種方法。該項(xiàng)目毗鄰隧道群設(shè)計(jì)中上秋花印隧道采用左右線分別順地勢(shì)交錯(cuò)進(jìn)洞，同時(shí)應(yīng)用暗洞回填半護(hù)拱結(jié)合混凝土拱套支擋及注漿鋼花管防護(hù)的方案實(shí)現(xiàn)“零開挖”半明半暗進(jìn)洞。

在K107+480~K107+490范圍內(nèi)采用隧道護(hù)拱加支擋結(jié)構(gòu)的施工方案，施工前應(yīng)清除表面覆蓋層。護(hù)拱段施工應(yīng)以機(jī)械開挖為主，保證護(hù)拱端部巖體完整，拱角采用注漿鋼花管錨固。開挖坡面采用掛網(wǎng)噴及注漿鋼花管防護(hù)，防護(hù)范圍向坡口外側(cè)山體原地表適當(dāng)擴(kuò)大，防護(hù)的主要部位是隧道洞周外的邊坡部分，洞內(nèi)范圍內(nèi)視其穩(wěn)定性做適當(dāng)防護(hù)。進(jìn)洞應(yīng)首先施做管棚，護(hù)拱施工完成后對(duì)該段沖溝溝心進(jìn)行回填，在回填前對(duì)地表進(jìn)行適當(dāng)?shù)那灞砑芭_(tái)階型開挖處理，回填高度保證拱頂以上4米及不低于90%的壓實(shí)度，回填完畢后方可進(jìn)行開挖進(jìn)洞。該處進(jìn)洞宜采用CD法開挖，開挖以機(jī)械開挖為主，模板臺(tái)車完成后方可進(jìn)洞;在進(jìn)洞加強(qiáng)段，加強(qiáng)初期支護(hù)，進(jìn)口采用X-V-AT襯砌類型，采用20a鋼拱架，間距50cm；施工中應(yīng)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，初期支護(hù)及時(shí)封閉，二襯緊跟并及時(shí)封閉仰拱。小里程方向從溝心進(jìn)洞，進(jìn)口端匯水面積較大，設(shè)計(jì)中加大了截水溝尺寸。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)條件，在雨季前及時(shí)做好洞口截水溝及施工期的臨時(shí)排水工程，防止洞口的水毀與沖刷。

該項(xiàng)目復(fù)雜偏壓地形條件下采用半明半暗“零開挖”進(jìn)洞形式，從而減少了對(duì)自然環(huán)境的開挖破壞，此設(shè)計(jì)思路中的環(huán)保理念為國(guó)內(nèi)外高速公路環(huán)保建設(shè)方面提供了一定的參考依據(jù)。

4、毗鄰隧道連接段隧橋沖突時(shí)的“零接點(diǎn)”設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路的橋梁與隧道緊密相連,形成了“橋-隧-橋”和“隧-橋-隧”的獨(dú)特線路。通常情況下，橋隧相連是指橋梁和隧道以短路基相連或橋梁和隧道起終點(diǎn)樁號(hào)重合。但在地形地質(zhì)條件復(fù)雜、選線影響因素較多的項(xiàng)目中，則可能以橋梁進(jìn)洞的方案解決洞口高邊坡、橋臺(tái)設(shè)置困難的問題。對(duì)于橋隧相接路段設(shè)計(jì)處理方案的成敗對(duì)工程施工安全、運(yùn)營(yíng)安全及高速公路與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一意義重大。本項(xiàng)目中山高坡陡，“V”型沖溝河谷發(fā)育，縱橫交錯(cuò)，地形地勢(shì)復(fù)雜，使密集的隧道群經(jīng)常需要用橋梁來連接，常常用到“隧道+橋梁+隧道”的形式。一般橋隧相連地段地形狹窄，施工場(chǎng)地緊張，且線位較高，橋臺(tái)緊貼隧道洞口，布置十分困難。為了克服施工場(chǎng)地不夠等困難，我們提出了毗鄰隧道連接段隧橋沖突時(shí)，采用輕型鋼筋混凝土洞門實(shí)現(xiàn)與橋梁的“零接點(diǎn)”設(shè)計(jì)，這樣既能在高邊坡段防止落石等地質(zhì)災(zāi)害，又能很好解決隧道與橋梁的沖突問題。這為國(guó)內(nèi)外復(fù)雜地質(zhì)情況下毗鄰隧道連接段隧橋沖突時(shí)提供了一種參考。

5、毗鄰隧道連接采用明洞方案

在K81+909~K81+946段，為右線鏤空段，我們進(jìn)行了設(shè)置路基段和明洞段方案比選。結(jié)合行車安全、排水體系、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性、通風(fēng)照明聯(lián)動(dòng)影響以及施工等方面，最終左右線位采用毗鄰隧道與“暗洞+明洞+暗洞”相結(jié)合的方式通過，提出了隧道群中毗鄰隧道連接段采用明洞的方案，這樣對(duì)溝內(nèi)的排水等方面比路基方案都有突出的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這也為毗鄰隧道之間連接方案提出了新思路，新方案。明挖施工前應(yīng)做好洞頂截排水措施，防止洞口被水毀。明洞洞頂采用漿砌片石鋪砌，橫向設(shè)置排水溝排水。

結(jié)語：

山區(qū)高速公路沿線傍山臨河，為了保護(hù)自然環(huán)境，貫徹“安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、舒適”的建設(shè)理念，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目總結(jié)了多種有效的設(shè)計(jì)方案：

1、設(shè)計(jì)提出“采用中、長(zhǎng)隧道或短隧道群方式越嶺,縮短路線長(zhǎng)度,減少高填深挖路基，減少高大邊坡，以合理的構(gòu)筑物組合型式保護(hù)環(huán)境、降低工程造價(jià)、提高行車安全性和舒適性”的理念。

2、對(duì)于傍山隧道的設(shè)計(jì)，利用抗滑樁護(hù)坡的大跨異型棚洞、隧道進(jìn)洞段采用反壓回填的半明半暗隧道形式等領(lǐng)先的組合設(shè)計(jì)形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊坡的少開挖及“零開挖”，真正實(shí)現(xiàn)了與自然環(huán)境和諧融合。

3、提出了毗鄰隧道連接段隧橋沖突時(shí)，采用輕型鋼筋混凝土洞門實(shí)現(xiàn)與橋梁的“零接點(diǎn)”設(shè)計(jì)，這樣既能在高邊坡段防止落石等地質(zhì)災(zāi)害，又能很好解決隧道與橋梁的沖突問題。

4、對(duì)于隧道鏤空段提出了隧道群中毗鄰隧道連接段采用明洞的方案，這樣對(duì)溝內(nèi)的排水及行車安全等方面比路基方案都有突出的優(yōu)勢(shì)。

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