馬平路板可隧道縱坡設(shè)計方案比選

唐國軍，周 祥，陳人豪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西 南寧 530029)

馬平路板可隧道縱坡設(shè)計方案比選

唐國軍，周 祥，陳人豪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西 南寧 530029)

隧址區(qū)的地形條件是選擇隧道路線縱坡的重要影響因素，隧道路線縱坡方案一旦不能和地形相適應(yīng)，會影響工程數(shù)量、造價及運營安全。文章結(jié)合廣西馬山至平果高速公路板可隧道工程實例，從通風(fēng)、照明、地質(zhì)條件、施工條件及工期等方面，對該隧道路段擬定的兩個縱坡設(shè)計方案進(jìn)行綜合比選，提出了典型山區(qū)地形條件下的隧道路線縱坡設(shè)計的注意事項，為類似地形的隧道路線縱坡設(shè)計提供參考。

隧道；縱坡；低線；高線；資源節(jié)約；設(shè)計方案；比選

0 引言

受世界經(jīng)濟(jì)危機的影響，我國經(jīng)濟(jì)增速放緩已成事實，為此，國家提出了“保增長”的要求，廣西壯族自治區(qū)層面根據(jù)這一戰(zhàn)略部署，提出了“縣縣通高速”的目標(biāo)，考慮到廣西公路在平原微丘區(qū)的路網(wǎng)骨架已達(dá)成，根據(jù)“縣縣通高速”的工作部署，新一輪的高速公路建設(shè)將主要集中在地形、地質(zhì)條件相對較復(fù)雜的山區(qū)。由于路線縱面選線是公路路線設(shè)計的一大重要環(huán)節(jié)，特別是針對山嶺重丘隧址區(qū)路線選擇，其選定的路線縱坡是否合理將直接影響到路線質(zhì)量、工程造價、車輛運行安全、運營費用等一系列問題。本文結(jié)合馬山至平果高速公路板可隧道隧址區(qū)的路線縱坡設(shè)計方案， 特別是從通風(fēng)、照明、地質(zhì)條件、施工條件及工期等方面，對該路段擬定的兩個縱坡設(shè)計方案進(jìn)行綜合比選，在確定出較優(yōu)方案的同時，也探討了在類似該典型山區(qū)地形條件下，隧道路線縱坡設(shè)計應(yīng)該把握和注意的一些事項。

1 工程概況

廣西馬山至平果公路是廣西高速公路網(wǎng)布局中“橫4”蒼梧(龍眼嘴)至龍邦高速公路的重要組成部分，亦是交通運輸部《泛珠江三角洲區(qū)域合作公路水路交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃綱要》區(qū)域高速公路網(wǎng)布局中“射9”廣州至昆明高速公路支線云浮-梧州-來賓-平果高速公路的一部分，為廣西及西南內(nèi)陸地區(qū)連接珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的重要通道。項目的實施對完善國家高速公路網(wǎng)在廣西境內(nèi)的布局、推進(jìn)廣西高速網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。

作為推薦線位，板可隧道是本項目唯一的一座隧道，位于平果縣新安鎮(zhèn)與馬頭鎮(zhèn)交界處，為分離式隧道，隧道埋深約228～242 m。

2 地形、地質(zhì)

隧道區(qū)屬巖溶峰叢洼地地貌，隧道穿越的山體山勢陡峻，地形呈鋸齒狀，局部呈瓶狀，整體中部高，兩側(cè)低。自然斜坡上陡下緩，局部為陡崖。隧道間“V”字型沖溝發(fā)育，切割深度大。沿線基巖出露良好，地表植被較發(fā)育，多以雜草、灌木為主。山體間的洼地地形平坦，多呈平鍋底狀，覆蓋第四系殘坡積粉質(zhì)黏土，多種植劍麻、玉米等農(nóng)作物。隧道區(qū)未見滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，自然斜坡較穩(wěn)定。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，隧道區(qū)地層主要為第四系人工堆積層(Qme)、第四系殘坡積層(Qel+dl)、泥盆系上統(tǒng)(D3)地層、石炭系上統(tǒng)(C3)/中統(tǒng)(C2)/下統(tǒng)(C1)地層和斷層角礫巖組成，見圖1。

3 隧道比選方案論證情況

由于本路段隧道相對較簡單，地質(zhì)條件相當(dāng)，設(shè)計時，采用了三個路線平面方案(K線、2B線、2D線)，由于2B、2D線存在一定的不足，因此路線平面推薦方案采用了K線。本文主要論述的就是K線隧道方案在路線縱斷面的比選情況，見圖2～3。

圖3 隧道高線方案平面圖

之所以提出隧道段路線進(jìn)行縱面高低線方案的比選，主要是在隧道線位中間存在一個山槽，該山槽處的隧道埋深較淺，若隧道采用低線位不露頭，則會設(shè)置一座2 157.5m長的板可隧道(低線)；若要在此處露頭，則需路線縱坡拉高采用高線位，在山槽處將隧道一分為二，小樁號段的隧道仍稱為板可隧道(高線)，大樁號段的隧道稱為板內(nèi)隧道，露頭的目的是期望降低隧道通風(fēng)費用，見圖4。

圖4 隧道相關(guān)因素示意圖

兩路線方案的標(biāo)高相差約3～25m，隧道長度低線比高線長175m，兩方案造價基本相當(dāng)。比選主要從以下幾個大的方向進(jìn)行：

(1)洞口條件

板可隧道(高線)進(jìn)口及板內(nèi)隧道出口與板可隧道(低線)進(jìn)出口位置相近，低線方案進(jìn)口端埋深約比高線深5～7m，出口端約深3m。

板可隧道(高線)與板可隧道(低線)進(jìn)口端洞口均位于溝槽中，中風(fēng)化灰?guī)r裸露，較堅硬，裂隙及溶蝕裂隙較發(fā)育，右線偏壓嚴(yán)重，板可隧道(高線)左線與等高線正交，洞口地形較好無偏壓，板可隧道(低線)左線單側(cè)山體陡峻，路基邊坡較高，隧道受單側(cè)山體偏壓影響；板可隧道(高線)與板可隧道(低線)出口端洞口中風(fēng)化灰?guī)r出露，較堅硬，局部裂隙及溶蝕裂隙較發(fā)育，圍巖有不穩(wěn)定因素，隧道路線與等高線正交，無偏壓。

(2)施工條件

板可隧道(高線)出口端洞口位于派生斷層F3破碎影響帶內(nèi)及礦山二級公路路基邊坡上，表層為松動的塊石、碎石，主要為修建二級公路的棄石，存在滾落隱患，根據(jù)邊坡面和各結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系分析，出口端出洞口為順層坡，邊坡穩(wěn)定性較差，裂隙發(fā)育或風(fēng)化較強，可能會產(chǎn)生崩塌、掉塊等現(xiàn)象，本段下伏基巖為中風(fēng)化灰?guī)r。根據(jù)目前隧道縱面線位，出口上方礦山二級公路(瀝青路面)跨過時距隧道頂僅有16～20m埋深，因此洞口的掘進(jìn)易對該二級公路產(chǎn)生影響，如出現(xiàn)工程病害使路基下沉，甚至需要采用交通中斷等措施，引發(fā)與礦務(wù)部門的協(xié)調(diào)問題。

板內(nèi)隧道進(jìn)口端洞口位于洼地內(nèi)，邊坡主要由殘坡積粉質(zhì)黏土混碎石和中風(fēng)化灰?guī)r構(gòu)成，屬巖土組合邊坡。殘坡積粉質(zhì)黏土混碎石呈可～硬塑狀，結(jié)構(gòu)松散，土層抗沖刷能力差，厚約8m，左線影響范圍約90m，右線影響范圍約40m，隧道進(jìn)洞采用超前大管棚預(yù)支護(hù)進(jìn)洞，必要時宜進(jìn)行地表加固。

兩方案隧道洞身以中風(fēng)化灰?guī)r為主，巖石堅硬。板可隧道(高線)及板內(nèi)隧道洞身處于區(qū)域性斷層F1及派生斷層F2、F4構(gòu)造破碎影響帶內(nèi)；板可隧道(低線)處于區(qū)域性斷層F1及派生斷層F2、F3、F4構(gòu)造破碎影響帶內(nèi)，K428+600～K428+800段隧道埋深約17～25m，主要覆蓋含碎石粉質(zhì)黏土，厚約8m，下伏基巖為中風(fēng)化灰?guī)r。K428+600～K428+800段受派生斷層F3影響長度為60m，據(jù)鉆孔資料顯示，孔深5.4～6.2m有溶蝕現(xiàn)象，29～31m為薄層狀泥巖，泥巖夾層正處于隧道洞身范圍內(nèi)，泥巖屬軟巖，受構(gòu)造擠壓現(xiàn)象明顯，巖體破碎，洞身圍巖軟弱易發(fā)生涌水，突泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象。余下淺埋段灰?guī)r屬堅硬，巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，局部裂隙及溶蝕裂隙較發(fā)育，可能發(fā)育溶洞、溶溝(槽)等，充填碎石、塊石夾泥質(zhì)等，易引發(fā)冒頂、坍塌等事故。

由于高線方案受礦山二級公路及洼地覆蓋土影響，對兩隧道的洞口極為不利，而低線方案由于受到派生斷層F3影響，破碎帶存在施工安全隱患，應(yīng)加強地質(zhì)預(yù)報及結(jié)構(gòu)支護(hù)。因此，兩方案各有利弊。

(3)隧道運營條件

隧道屬于一個密閉空間，在行駛過程中會產(chǎn)生CO、煙霧、各種有害氣體、噪音等，將會直接影響隧道內(nèi)的空氣環(huán)境及視距。對于長隧道來說，設(shè)計時還必須專項考慮火災(zāi)排煙對策及人車逃離方案。本項目此階段擬采用射流風(fēng)機式縱向通風(fēng)方式，高壓鈉燈結(jié)合LED燈作為隧道照明方式。根據(jù)縱向通風(fēng)方式特點，隧道內(nèi)壓及有害氣體的濃度分布最高點均在隧道出口段，隧道內(nèi)煙霧濃度、CO濃度、有害氣體濃度與隧道長度及隧道縱坡成正比。隧道有害氣體及煙霧的排放量增加，直接導(dǎo)致隧道內(nèi)安全隱患的發(fā)生，長隧道污染空氣的稀釋標(biāo)準(zhǔn)與稀釋難度也隨之提高，控制隧道需風(fēng)量的工況主要有：正常運行工況；交通阻滯工況；火災(zāi)工況三種。

隧道照明按接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段、洞外引道段設(shè)置，高線方案兩座隧道間距135m，隧道間行駛時間約5s，考慮瞳孔對外部環(huán)境變化的適應(yīng)速度，高線方案后續(xù)隧道入口段亮度應(yīng)按照30%折減率進(jìn)行折減，由于高線方案低線方案多了一個隧道的入口段，過渡段、出口段及洞外照明段的照明設(shè)施，且折減后入口段的亮度約為中間段亮度的15.4倍，隧道照明費用高線方案大大高于低線方案。

(4)綜合比選情況

根據(jù)上述比選思路，具體對每項進(jìn)行對比，方案對比情況見表1。

表1 高低線方案對比情況表

4 總體評價和結(jié)論

隧道的修建由于洞口往往是關(guān)鍵工程，高線方案需修建8個隧道洞口，低線方案則只需修建4個洞口，再考慮到高線方案板可隧道出口端洞口有礦山二級公路的干擾與影響，高線方案板內(nèi)隧道進(jìn)口端位于淺埋覆蓋土區(qū)域，且影響長度較長。低線方案雖有200m段為淺埋破碎帶，但受派生斷層破碎帶影響僅60m，其余淺埋路段主要為中風(fēng)化灰?guī)r，巖石堅硬，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，為Ⅳ級圍巖，圍巖不良地質(zhì)路段較短，故低線方案的施工難度要略優(yōu)于高線方案。雖然將長隧道一分為二的K線方案減短了單個隧道的長度，但由于隧道縱坡較大，對降低隧道內(nèi)風(fēng)壓、CO及煙霧濃度效果不顯著，且隧道照明費用偏高，給后期營運帶來極大的負(fù)擔(dān)。綜合以上各因素，最終施工圖階段路線推薦方案為低線方案。

5 結(jié)語

交通運輸是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要領(lǐng)域。節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境是發(fā)展現(xiàn)代交通運輸業(yè)的重要內(nèi)容，作為交通工程建設(shè)全過程中的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計階段如何貫徹這一要求，需要每個從業(yè)者認(rèn)真思考。雖然從常識上來講，將較長的隧道拆分為幾個短隧道，首要的優(yōu)點就是會降低通風(fēng)及消防方面的費用，但以馬山至平果公路項目上的板可隧道設(shè)計選線為例，實際這樣處理不僅沒有降低通風(fēng)費用，反而還會加大照明方面的費用，雖然隧道短了，但土建造價并沒有得到有效降低，運營費用大大增加，因此，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的新型道路，不能僅僅落在口號上、落在所謂的“常識”上，還需要進(jìn)行更為細(xì)致認(rèn)真的工作，只有這樣，黨和國家提出的建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的目標(biāo)才能早日實現(xiàn)。

目前，板可隧道左、右線兩洞均已貫通并完成了二次襯砌的施工，施工單位正在緊張安裝和調(diào)試照明、通風(fēng)等機電設(shè)備，預(yù)計項目年內(nèi)會建成通車，之后，該項目將為地方提供優(yōu)質(zhì)、便捷且安全的道路交通服務(wù)，為地方的經(jīng)濟(jì)建設(shè)插上騰飛翅膀。

[1]交通部公路司.新理念公路設(shè)計指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]王 穎.淺談山區(qū)高速公路選線原則[J].北方交通，2008(9)：3-4.

[3]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘查設(shè)計研究院.馬山至平果高速公路兩階段施工圖設(shè)計(第二合同)第五冊.隧道土建工程[R].2011.

[4]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘查設(shè)計研究院.馬山至平果高速公路兩階段施工圖設(shè)計(第二合同)第十冊第四分冊.特殊工點地質(zhì)勘察報告[R].2011.

Comparison and Selection of Banke Tunnel Longitudinal Slope Design Plans in Maping Road

TANG Guo-jun，ZHOU Xiang，CHEN Ren-hao

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

The terrain conditions of tunnel site is the important factor affecting the selection of longitudinal slope of tunnel lines，and if the longitudinal slope program of tunnel line can not adapt to the terrain，it will af-fect the quantity，cost and operational safety of projects.Combined with Banke Tunnel engineering practices of Guangxi Mashan-Pingguo Expressway，and from the ventilation，lighting，geological conditions，construc-tion conditions，construction duration and other aspects，this article conducted the comparison and selection on two longitudinal slope design plans proposed for this tunnel section，and proposed the precautions for longitudinal slope design of tunnel route under typical mountainous terrain conditions，thereby providing the refer-ence for longitudinal slope design of tunnel route under similar terrain.

Tunnel；Longitudinal slope；Low line；High line；Resource conservation；Design plan；Comparison and selection

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.014

1673-4874(2015)06-0056-05

2015-03-03

唐國軍，高級工程師，從事公路隧道的勘察設(shè)計工作。