山嶺區(qū)高速公路隧道地質(zhì)選線設(shè)計(jì)體會(huì)

閆立來(lái)

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，山嶺區(qū)高速公路修建的越來(lái)越多，其面臨的地形、地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜，因此山嶺區(qū)高速公路修建的難度也越來(lái)越大。在地質(zhì)條件復(fù)雜多變的山嶺區(qū)，如何設(shè)計(jì)出一條平面、縱斷面、橫斷面經(jīng)濟(jì)合理的路線，隧道地質(zhì)選線就尤為重要，經(jīng)濟(jì)合理的路線不僅影響到公路工程造價(jià)，而且關(guān)系到運(yùn)營(yíng)期間的安全問(wèn)題。

1 山嶺區(qū)高速公路隧道選線原則

a）山嶺區(qū)高速公路路線選線時(shí)應(yīng)對(duì)路線所經(jīng)區(qū)域、走廊帶及沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)進(jìn)行深入勘測(cè)，查清其對(duì)公路工程的影響。對(duì)于嚴(yán)重不良地質(zhì)地段，應(yīng)慎重對(duì)待，視其對(duì)路線的影響程度，分別對(duì)繞、避、穿等方案進(jìn)行論證。當(dāng)必須穿過(guò)時(shí)，應(yīng)盡量調(diào)整平、縱線形，恰當(dāng)掌握標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的位置，縮小穿越范圍并采取必要的工程措施[1]。

b）山嶺區(qū)高速公路隧道設(shè)計(jì)應(yīng)重視公路總體設(shè)計(jì)。中、短隧道宜服從路線全局布設(shè)的要求，長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道原則上服從路線基本走向，一般根據(jù)地質(zhì)條件作為路線平縱線形局部控制點(diǎn)，并綜合考慮公路對(duì)土地資源、生態(tài)環(huán)境、后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及可持續(xù)發(fā)展的要求。

c）山嶺區(qū)高速公路隧道設(shè)計(jì)應(yīng)重視地質(zhì)選線[2]，在隧道的選線過(guò)程中，應(yīng)以路線縱斷面為主導(dǎo)，隧道位置的選擇應(yīng)充分考慮隧道穿越區(qū)的工程地質(zhì)條件。

d）山嶺區(qū)高速公路隧道設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)與路塹方案比選。對(duì)于路線中心挖深大于30 m的路塹，需要進(jìn)行路、隧方案和越嶺展線避繞方案的比選，同時(shí)還要考慮不同方案對(duì)公路后期運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用和區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響等問(wèn)題。

2 目前隧道設(shè)計(jì)中存在的不足和容易引發(fā)的工程問(wèn)題

2.1 地質(zhì)選線設(shè)計(jì)意識(shí)淡薄

2.1.1 目前路線選線設(shè)計(jì)的普遍現(xiàn)狀

a）目前在路線選線設(shè)計(jì)時(shí)基本上是以滿足路線設(shè)計(jì)指標(biāo)為前提，在地形圖上進(jìn)行路線平、縱、橫選線設(shè)計(jì)，在地質(zhì)選線上意識(shí)比較淡薄。對(duì)于不同的地形、地質(zhì)條件，路線平、縱、橫地質(zhì)選線設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng)。雖然進(jìn)行了外業(yè)踏勘調(diào)查，但是隧道段定線設(shè)計(jì)時(shí)缺失對(duì)隧道進(jìn)出洞口及隧道洞身段地質(zhì)情況考慮，多數(shù)情況下是根據(jù)路線總體設(shè)計(jì)，結(jié)合自身對(duì)地形、地貌情況的理解，按照路線設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行平、縱、橫定線設(shè)計(jì)。

b）地質(zhì)勘探成果提供后，根據(jù)隧道穿越區(qū)地質(zhì)的變化情況，路線缺乏對(duì)隧道縱斷面設(shè)計(jì)的調(diào)整，致使隧道洞口及洞身范圍內(nèi)穿越了許多不良地質(zhì)構(gòu)造段落，造成隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難、投資增加和施工安全風(fēng)險(xiǎn)增大等問(wèn)題。

2.1.2 地質(zhì)選線意識(shí)淡薄引發(fā)的問(wèn)題

2.1.2.1 隧道穿越不利的土石交界層

圖1為典型的高速公路隧道穿越土石交界層地質(zhì)縱斷面圖，圖2為該隧道施工過(guò)程中掌子面圍巖土石交界面情況現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖1 隧道穿越土石交界層地質(zhì)縱斷面圖

圖2 隧道穿越土石交界層現(xiàn)場(chǎng)圖

通過(guò)對(duì)圖1、圖2隧道穿越砂泥巖與黃土交界層地質(zhì)縱斷面圖分析，隧道洞身范圍穿越的土石交界層沿路線方向伴行距離較長(zhǎng)，且有些段落隧道拱頂正好處于土石交界面上。隧道在這種土石交界面中通過(guò)時(shí)，多數(shù)情況下交界面上存在裂隙水，土層比較濕軟，圍巖自承能力弱，產(chǎn)生的圍巖壓力大，導(dǎo)致施工過(guò)程中初期支護(hù)變形較大，經(jīng)常性地會(huì)發(fā)生超挖、坍塌及冒頂?shù)裙こ淌鹿?，給施工帶來(lái)較大的安全隱患，原設(shè)計(jì)支護(hù)方案多次發(fā)生變更，工程造價(jià)也隨之增加。

2.1.2.2 隧道穿越不利的巖溶發(fā)育區(qū)

圖3為巖溶發(fā)育區(qū)隧道地質(zhì)縱斷面圖，圖4為該巖溶發(fā)育區(qū)隧道掌子面開挖現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖3 巖溶發(fā)育區(qū)隧道地質(zhì)縱斷面圖

圖4 巖溶發(fā)育區(qū)隧道開挖現(xiàn)場(chǎng)圖

通過(guò)對(duì)圖3分析，根據(jù)隧道地質(zhì)勘探結(jié)果，該隧道洞身穿越區(qū)存在5處巖溶發(fā)育區(qū)。該隧道在實(shí)際開挖過(guò)程中，在隧道拱頂和仰拱處出現(xiàn)多處巖溶，如圖4所示。由于該隧道地處山西省中部地區(qū)，屬暖溫帶大陸性干旱、半干旱氣候區(qū)，巖溶已基本停止發(fā)育，溶洞內(nèi)基本上被松軟的淤積物填充，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，但影響不大。

根據(jù)巖溶所在的位置和溶腔的大小，采取低標(biāo)號(hào)混凝土或片石混凝土回填的處治措施。通過(guò)施工過(guò)程中對(duì)該隧道掌子面圍巖情況的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)該隧道可以通過(guò)適當(dāng)提高隧道進(jìn)出口和洞身設(shè)計(jì)高程，以繞避或減少隧道穿越巖溶發(fā)育區(qū)的長(zhǎng)度，同時(shí)也體現(xiàn)出隧道作為控制性工程地位的重要性，以及地質(zhì)選線設(shè)計(jì)在地勘資料提供后對(duì)隧道線位調(diào)整的重要作用。

2.2 地質(zhì)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)薄弱

2.2.1 目前設(shè)計(jì)人員地質(zhì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)狀

目前多數(shù)設(shè)計(jì)人員中地質(zhì)知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)勘察經(jīng)驗(yàn)相對(duì)薄弱，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目經(jīng)過(guò)區(qū)域的地質(zhì)條件和特點(diǎn)掌握不準(zhǔn)，尤其路線經(jīng)過(guò)特殊地形、地質(zhì)時(shí)，對(duì)隧道構(gòu)造物布線位置把握不準(zhǔn)，經(jīng)常出現(xiàn)隧道多處穿越不利的區(qū)域。

2.2.2 地質(zhì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)薄弱引發(fā)的工程問(wèn)題

圖5為高速公路黃土隧道洞頂沖溝平面圖，圖6為該黃土隧道洞頂沖溝處橫斷面圖。

圖5 黃土隧道洞頂沖溝平面圖

圖6 黃土隧道洞頂沖溝橫斷面圖

通過(guò)對(duì)圖5和圖6分析，在隧道頂部ZK129+605處存在一較大的自然沖溝，且沖溝中心線縱坡較大，與路線中線大角度相交，沖溝處圍巖以第四系硬塑狀Q2apl粉質(zhì)黏土為主，隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)淺埋，由于沖溝的存在導(dǎo)致隧道左側(cè)拱肩部位實(shí)際埋深不足8 m，靠山體內(nèi)側(cè)的土體按路基坡率1∶0.75、邊坡平臺(tái)2 m和每級(jí)高度8 m刷坡達(dá)10級(jí)多，而靠山體外側(cè)坡腳處路基刷坡只有一級(jí)多，不滿足《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》中隧道拱肩最小覆蓋厚度表要求[3]，如表1所示，且隧道存在嚴(yán)重的偏壓?jiǎn)栴}，經(jīng)專家組論證后路線方案不成立，在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中又重新選線，不僅拖延了設(shè)計(jì)工期，而且還造成了不必要的人力和物力資源的浪費(fèi)。

表1 隧道拱肩最小覆蓋厚度表

3 設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)的工作

針對(duì)當(dāng)前山嶺區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)中存在的不足，根據(jù)問(wèn)題其產(chǎn)生的原因，提出以下幾點(diǎn)要求：

a）加強(qiáng)專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)人員高速公路勘察設(shè)計(jì)中巖土工程的理念，進(jìn)一步提高山嶺區(qū)高速公路工程勘察設(shè)計(jì)水平[4]。

b）加強(qiáng)專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)人員與地質(zhì)勘察技術(shù)人員的溝通和交流，并建立合理互動(dòng)機(jī)制和規(guī)章制度。

c）加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)，在提高專業(yè)技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化勘察設(shè)計(jì)技術(shù)人員的綜合設(shè)計(jì)觀念。

d）加強(qiáng)項(xiàng)目巖土工程勘察的技術(shù)交底工作，明確指出該項(xiàng)目在巖土勘察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)問(wèn)題，并提出相應(yīng)的處理意見，為設(shè)計(jì)人員的修改工作提供指導(dǎo)。

e）加強(qiáng)工程咨詢審查單位對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作和巖土勘察工作的咨詢審查力度，確保設(shè)計(jì)和巖土勘察工作的有效結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)山嶺區(qū)高速公路隧道選線原則的梳理，以及對(duì)目前隧道設(shè)計(jì)中存在的不足和容易引發(fā)的工程問(wèn)題的分析，得到以下幾點(diǎn)體會(huì)供探討：

a）山嶺區(qū)高速公路隧道選線設(shè)計(jì)要貫徹圖上選線和地質(zhì)選線的綜合設(shè)計(jì)原則，重視地質(zhì)選線設(shè)計(jì)的重要作用。

b）在路線設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，對(duì)隧址區(qū)工程地質(zhì)條件要有充分的了解，并根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)路線平、縱進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，盡量避免不利地質(zhì)區(qū)，對(duì)于無(wú)法完全避繞的，盡量縮短通過(guò)長(zhǎng)度并采取相應(yīng)工程措施，保證隧道段路線平面和縱斷面方案的科學(xué)性和合理性。

c）山嶺區(qū)高速公路隧道設(shè)計(jì)要根據(jù)在施工過(guò)程中反饋的地質(zhì)條件信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，不斷地完善和優(yōu)化原設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行指導(dǎo)施工，以減少因地質(zhì)勘察準(zhǔn)確度不足和地質(zhì)選線未能完全考慮到位，而引起對(duì)工程的不利影響。